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Prototipazione di materiali avanzati Antonio Licciulli
Lecce, 24 Novembre 2014
1 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
Outline
Introduzione: ingegneri designer, materia e forma
La stampa 3D tra aspettative e disillusioni
Case studies: dall’aerospazio ai materiali dentali
Conclusioni
2 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
sol-gel Science Q C VD CVI Q Ceramic matrix composite Q Biom aterials Q Rapid prototyping Q Photocatalysis
Overview of research activities
Sol-gel process and nanocomposite coating
Quantum dots in organically modified ceramics and dielectric matrix SiC/C/SiC
Chemical vapor infiltration of ceramic matrix composites
Optical coatings sol gel multilayer optical coatings
Semiconductor thin films gas sensing and electronic nose
1992____1995_____1998_____2001______2004_______2007_______2010_________2014
HA/TiO2 hydroxyapatite coating on titanium
Biomaterials chopped fiber composite for dental restoration
Alumina CMC tough and oxidation resistant composites for aerospace
Rapid prototyping of ceramics, additive and subtractive
Ceramic thermoplastic forming: injection moulding, extrusion
Photocatalytic coatings Nanostructured TiO2 for self cleaning, air and water pollution treatment
Ceramic vanes for aerospace
High surface materials aerogel and porous ceramics
Selective emitters for thermophotovoltaic converters
Surface engineering
Material science
Antibacterial coatings Ag and Cu nanocluster coatings on textile, tiles and mortar
3 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
Un sito open source
4 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
Usage statistics for www.antonio.licciulli.unisalento.it
5 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
La rivoluzione copernicana nel mondo dei materiali
Il modello classico dello sviluppo dei materiali si è invertito: una volta si cercavano applicazioni per i materiali.
Oggi vi sono applicazioni che determinano la creazione dei materiali.
Progettiamo e ingegnerizziamo i materiali secondo le nostre esigenze.
6 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
Antonio Licciulli: Scienza e ingegneria dei materiali7 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
Il progresso delle proprietà strutturali dei materiali
8 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
Aerogel nanocompositi per il super isolamento termico fino a 800°C
❏9 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
Il controllo delle proprietà ottiche e termiche dei vetri
Mirror effect due to TiO2 coating
Antireflection coating on 3,2x2,4m float glass
AR pilot plant in Campi Salentina (LE)
10 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
Spray Coating: antibacterial coating on ceramic tiles❏
11 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
The nanosilver technology
Antibacterial properties are emphasized by the size of the silver particlesSurface area ∝ (particle size)-1
Silver particles are evenly dispersed on the fibers
A strong adhesion and durability of the silver coating is the result of in situ photoreduction process
❏12 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
Ag nanoclusters on textiles
• Silver nanoparticles are well dispersed on the surfaces of specimens
• The particles are very small (20-50 nm) with narrow distribution..
previous❏13 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
Da vicolo cieco a El Dorado
❏14 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
Technology transfer
❏15 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
• (Thornton JM. (1981) "Disulphide Bridges in Globular Proteins", Journal of Molecular Biology, 151, 261-287
E. Coli Celle treated with con 50µg cm−3
nanoparticecles d’Ag
Antibacterial activity of silver
ØSilver works as a catalyst for oxidation reaction:
ØDenaturation of the sulfide bonds in bacteria proteins
Ø It acts as a catalyst, it only "switches" a reaction on and does not pollute the environment
❏16 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
Antibacterial poliurethane catheter
Antibaterial test on uncoated catheter
Nanosized Ag coated probe
Uncoated probe
Antibaterial test on coated catheter
17 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
Technology transfer
18 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
Ambiente e sostenibilità
L’incremento demografico e l’utilizzo intensivo delle risorse planetarie rendono indispensabile la riconsiderazione dell’intero ciclo di vita dei materiali
Occorre cancellare dal vocabolario termini quali: rifiuti, immondizia e ridare anche ai materiali dismessi la loro giusta dignità
19 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
Il bisogno di una rivoluzione semantica
Immondizia da immundus, im mundus im negazione mundus mondo Sporcizia dal latino sporcus cosparso di macchie, radice indoeuropea sparc cospargere, roba sudicia; l'essere immondo Rifiuto dal francese o spagnolo refutar composta da “re” contro “futar” spargere Pattume dal francese “patauger” impantanarsi pantanoSpazzatura da spazzare, togliere di mezzo PIL Prodotto Interno Lordo dal lat. “Lurdus” sudicio
20 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
Il concetto delle 4 “R”
Riduzione : riduzione alla fonte, strategia di tipo preventivo Riuso : riutilizzo diretto del bene di consumo Riciclaggio: riutilizzo del materiale di cui è composto il bene di consumo Recupero: trasformazione per produzione energia o materiali per utilizzo diretto sfruttamento risorse residue prima di uno smaltimento finale
Riduzione
Riuso
Riciclo
Recupero
Antonio Licciulli: Scienza e ingegneria dei materiali21 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
Cradle to cradle
Cradle to Cradle (C2C) è un approccio alla progettazione che consiste nell'adattare alla natura i modelli dell'industria,
La nuova progettazione riconsidera i processi produttivi assimilando i materiali usati a elementi naturali, che devono rigenerarsi
Cradle to Cradle® teoria sviluppata congiuntamente dal designer William McDonough chimico Dr. Michael Braungart in their 2002
22 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
Prodotto interno lordo
Prodotto interno lordo o PIL: produzione totale di beni e servizi dell'economia, diminuita dei consumi intermedi ed aumentata delle imposte nette sui prodotti (aggiunte in quanto componenti del prezzo finale pagato dagli acquirenti) il PIL tiene conto delle transazioni in denaro, e trascura tutte quelle a titolo gratuito
❑ Index of Sustainable Economic Welfare o ISEW distingue tra spese positive (che aumentano il benessere, come quelle per beni e servizi) e negative (come i costi di criminalità, inquinamento, incidenti stradali), considera tutte quelle attività che, pur non registrando flussi monetari, contribuiscono ad accrescere il benessere di una società. ❑Daly,H. & Cobb, J., 1989. For the Common Good. Beacon Press, Boston
Antonio Licciulli: Scienza e ingegneria dei materiali23 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
Ma non era meglio prima??
❑ I Romani riuscirono a costruire opere imponenti che hanno resistito i millenni. ❑ Gli edifici in calcestruzzo armato sono progettati per durare 50 anni
❑Pont du Gard presso Nimes
24 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
La nuova vita delle ceneri
Laterizio riempito con schiuma di ceneri per incrementare l’isolamento termico e acustico
Malta idraulica geopolimerica alternativa al cemento
Blocco da costruzione isolante e alleggerito simile al cemento cellulare (Ytong)
25 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
Confronto tra ceneri schiumate e Ytong
Ytong
Ceneri schiumate Unisalento
26 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
Economia e predisposizione agli investimenti
Price sensitive
Price insensitive27 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
Ma non era meglio prima??
I Romani riuscirono a costruire opere imponenti che hanno resistito i millenni. Gli edifici in calcestruzzo armato sono progettati per durare 50 anni
❑Pont du Gard presso Nimes
28 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
La impollinazione del biodesigner nei laboratori di ingegneria Unisalento
29 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
30 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
La spada del samurai
Mentre Masamune, temperava una spada, un fabbro che era presente infilò furtivamente la sua mano nell’acqua per sentirne la temperatura, ma Masamune gliela tagliò con un colpo secco
Spesso i fabbri forgiatori di spade erano di nobili origine e si tramandavano i metodi di lavorazione di generazione in generazione
Le spade erano composte dalle più segrete miscele di acciaii morbidi (namagane) e duro (hagame) contenente un’alta percentuale di carbonio.
La lama era resa dura da diversi trattamenti in acqua (tempre)
Il taglio affilato e resistente era ottenuto levigando lo strato esterno
31 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
Proteggere o divulgare la conoscenza ?
• Stratasys, Inc. è una azienda che produce macchine per la produzione digitale diretta, stampanti 3D e prototipazionerapida.
• Nel 2007, Stratasys fornisce il 44% di tutte le stampanti 3d del mondo. Stratasys nel 1989 ha introdotto il metodo FDM, un processo brevettato.
• Nel 2009 i brevetti sono scaduti, tutto è esploso ed è andato open-source, e ora ci sono centinaia di macchine FDM sul mercato. Una macchina FDM costava $ 14.000 cinque anni fa e ora si trova una FDM a $ 300
32 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
Una stampante 3D a 500euro: 3Drag E con 3DRAG puoi realizzare:
circuiti stampati mediante incisione con minitrapani (euro 106)
stampare il cioccolato (set estrusore Choco euro 178)
33 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
La stampante 3D è l’icona della rivoluzione ma non è la rivoluzione (Cattabriga)
34 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
La stampa 3D tra aspettative e disillusioni
35 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
Envisiontec Ultra
Basic Principle: Digital UV light projection. A digital mask of the sliced section is projected by a high quality DLP projector with UV lamp. Very high building speed (up to 25mm/h); speed production does not depend on number of components. Materials: ABS-like, PP-like, wax based materials.Resolution: 0.015mm to 0.15mm
36 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
SRT11
• Salento Racing team partecipa alla Formula SAE (Society of Automotive Engineers),
• mette in competizione gli studenti universitari nella progettazione e realizzazione di una monoposto tipo Formula.
• gli studenti, vengono messi alla prova nell’attività progettuale e nel design
37 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
Dalla stampante envisiontec al prototipo funzionale
38 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
39 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015
Dalla ricerca al mercato Ricerca
Mercato
Death valley
40 Licciulli "Open lab" tribute 1 - 07 gennaio 2015