'I compositi sono ancora i materiali del futuro'

Gianluca Cicala è professore ordinario di Scienza e Tecnologia dei Materiali all’Università di Catania. Ha iniziato la sua carriera svolgendo una tesi di laurea su una nuova tecnologia di tenacizzazione per l’RTM (poi brevettata com Priform) presso il centro di ricerca Wilton International lavorando per ICI e con la Cytec Engineered Materials. Nel 2008 ha vinto il premio Polymer Challenge per una nuova tecnologia di produzione di materiali compositi auxetici. Attualmente si occupa di tecnologia dei materiali polimerici e compositi in settori quali la manifattura additiva, gli ecocompositi e i materiali polimerici per applicazioni medicali. L’attività di ricerca si è concretizzata, tra le altre cose, in 89 pubblicazioni censite da Scopus. PortaleCompositi gli ha chiesto cosa pensa del futuro dei compositi.

Professore, i materiali compositi possono ancora definirsi i materiali del futuro secondo lei?

"Sicuramente i materiali compositi, a dispetto del loro attuale uso intensivo, possono a pieno titolo considerarsi materiali del futuro. Anzi dal futuro brillante. Si pensi ad esempio al crescente utilizzo di questi materiali nella macchine elettriche e non solo per la leggerezza delle strutture ma, soprattutto, per la possibilità di sviluppare materiali compositi multifunzionali in grado di assolvere a molteplici compiti oltre alla semplice integrità strutturale. Per citare un esempio si pensi a strutture in grado di svolgere il ruolo di condensatori o di energy harvester".

Quali sono le frontiere della ricerca sui compositi? Che cosa ci riserva il prossimo futuro?

"Esistono molteplici frontiere della ricerca sui materiali compositi. Come ho già accennato una di queste è rappresentata dallo sviluppo di materiali compositi multifunzionali. La ricerca, integrando fibre di rinforzo convenzionali e nanoparticelle, sta sviluppando materiali con funzionalità innovative. Si pensi ad esempio al problema del deicing degli aerei, che spesso comporta notevoli ritardi nei voli. Combinando i nanotubi in carbonio con fibre di carbonio, i ricercatori del MIT stanno sviluppando dei compositi in grado di termoregolarsi evitando così la formazione del ghiaccio. Nel nostro piccolo abbiamo svolto ricerche in questo settore, sviluppando un metodo basato sull’utilizzo di nanofibre solubili in grado di realizzare compositi con gradienti di nanoparticelle dalle diverse funzionalità. Oltre alla ricerca sui compositi multifunzionali, un'importante ricerca riguarda lo sviluppo di materiali, matrici e fibre, ecocompatibili per l’ottenimento di compositi a basso impatto ambientale. In questo ambito, ho avuto recentemente la possibilità di visitare, su invito, i laboratori del professor Maurice Collins a Limerick dove è attivo un interessantissimo progetto, denominato LIBRE, sulla produzione di fibre di carbonio dalla lignina. Questa ricerca, combinata con lo sviluppo di matrici bio e riciclabili, potrebbe risolvere importanti tematiche ambientali che oggi devono essere sempre tenute in debita considerazione per uno sviluppo sostenibile dei materiali. Come esempio, in tale ambito, mi sembra interessante richiamare le applicazioni delle resine epossidiche riciclabili della Connora Technology, sulle quali anche noi abbiamo avuto modo di lavorare e pubblicare in raccordo con i tecnici della Connora".

Ci sono prospettive di applicazioni diverse dei materiali compositi e in che settori?

"Dipende dal tipo di composito di cui si tratta. Se ci focalizziamo solo sui materiali compositi a fibra lunga, sicuramente anche le applicazioni tradizionali non sono ancora sature. Ad esempio nel settore automobilistico i compositi, in particolare con fibra di carbonio, sono stati usati principalmente in vetture sportive con bassi volumi di produzione, tuttavia, con lo sviluppo di tecniche di produzione ottimizzate e con la creazione di fibre a basso costo, è prevedibile l’espansione alle vetture di uso comune. Inoltre, nel caso delle applicazioni medicali, per ora si hanno in genere solo protesi esterne ma, con il ricorso a procedure di trattamento superficiale, si assisterà anche allo sviluppo di protesi interne. Ampliando l’analisi a materiali compositi con micro e nano particelle, lo scenario è radicalmente più ampio. Di fatto non esistono settori non interessati all’utilizzo di questa tipologia di compositi".

Crede nella manifattura additiva? Quanto riusciranno a cambiarci la vita le stampanti 3D e in che misura?
"La stampa 3D, o manifattura additiva, è sicuramente una delle tecnologie che impatteranno maggiormente sul nostro futuro. E’ però importante sfatare alcuni miti. Innanzitutto, ad oggi, non esistono tecniche di stampa in grado di competere con le tecniche di produzione sugli alti volumi in termini di tempistica. I materiali disponibili per la manifattura addittiva sono ancora limitati rispetto alla totalità dei materiali disponibili con tecniche tradizionali. Focalizzando l’attenzione sui compositi rinforzati con fibra continua, ad esempio, sono poche le aziende in grado di fornire soluzioni efficaci. La MarkForge ad esempio, con la sua stampante MarkTwo, permette di realizzare, seppur con tempi di stampa molto lunghi, parti con fibre di rinforzo continue in carbonio, kevlar e vetro. Tuttavia la scelta della matrice su tale stampante è, ad oggi, limitata al Nylon. Esistono poi altri due esempi di aziende quali l’Americana Continuos Carbon e Atropos che hanno realizzato dei sistemi in grado di stampare con fibra continua e matrici termoindurenti. Se, invece, si sposta l’attenzione sul rinforzo con fibra corta, la tecnologia di stampa additiva è sicuramente ad un livello molto più avanzato e con un'offerta di matrici che varia da nylon a PEEK, policarbonato, ABS etc. Nel caso del PEEK mi fa piacere ricordare le interessanti applicazioni sviluppate dalla ditta italiana Roboze, con la quale abbiamo collaborato in passato, che sta raggiungendo notevoli progressi con le sue stampanti. Rispetto all’impatto che le stampanti avranno sulla nostra vita, mi sembra interessante fare una osservazione. Google ha investito su diverse aziende (come Carbon e Metal Desktop) attive sulla stampa 3d con tecnologie innovative. Allo stesso tempo Google ha sviluppato diverse applicazioni, come ad esempio Sketchup, che consentono all’utente di disegnare componenti. E se in futuro dal proprio account Google fosse possibile non sono disegnare ma anche stampare oggetti? Jeremy Rifkin, in un suo libro, preconizzava la realizzazione di una sistema di manifattura distribuita in cui non sarebbero più state le merci a viaggiare ma solo le idee, o i disegni, con punti di manifattura, ovvero stampanti 3D distribuite sul territorio. Pensi cosa comporterebbe questo anche solo in termini di riduzione di impatto ambientale con meno merci in transito…….penso si tratterebbe di un futuro abbastanza dirompente per le nostre vite".

Che parte avrà la ricerca italiana ed europea nello sviluppo di nuovi materiali compositi e di nuove applicazioni nel settore?
"La ricerca italiana ed europea è sicuramente all’avanguardia nel settore dei compositi e direi anche della manifattura additiva. Le eccellenze italiane, peraltro, hanno solidi basi in una tradizione pluriennale non solo nella ricerca accademica ma anche nell’industria manufatturiera. Solo per citare alcuni esempi, si pensi alle competenze in aeronautica del gruppo Leonardo; in ambito automobilistico con Ferrari, Dallara e le altre aziende del settore automobilistico del modenese; in ambito navale con aziende quali Azimuth, solo per citarne alcune. In ambito universitario esistono diversi colleghi che hanno ruoli di leadership riconosciuti in ambito internazionale. Solo per citare un nome tra tutti, si pensi al professor Gino Nicolais che ha curato per la Wiley l'edizione aggiornata della Encyclopedia of Composites, creato il Distretto IMAST con parnter del calibro di Boeing, Cytec, FCA e Mapei. In ambito europeo esistono poi diversi poli di eccellenza. Insomma, si può certamente dire che l’Europa avrà un ruolo determinante nel futuro dei compositi".