Tutte le potenzialità della schiuma metallica
Anche se metallo e schiuma potrebbero sembrare materiali agli antipodi, quando la struttura cellulare di un metallo solido è costituita da pori riempiti di gas, si ottiene quella che viene denominata schiuma metallica. Sebbene sia ultraleggera, la schiuma metallica è anche robusta e rappresenta quindi un materiale di scelta per una vasta gamma di applicazioni utilizzate nei settori automobilistico, aerospaziale e sanitario. Il progetto METFOAM, finanziato dall’UE, si è proposto di comprendere meglio il comportamento meccanico di queste schiume metalliche. «Ciò che rende particolari le schiume metalliche è la loro capacità di trasferire con efficacia il calore, fenomeno utile per il raffreddamento attraverso il flusso d’aria all’interno della schiuma», spiega il coordinatore del progetto Stefan Szyniszewski. «Ciò che volevamo sapere era come poter sfruttare al meglio questi comportamenti meccanici a vantaggio di applicazioni del mondo reale.» Schiuma metallica e pannelli sandwich Ad esempio, una delle aree di focalizzazione era costituita dai pannelli sandwich con parti centrali in schiuma metallica. Un pannello sandwich è una struttura composta da tre strati e viene utilizzata in applicazioni in cui è richiesta una combinazione di elevata rigidità strutturale e peso ridotto. L’obiettivo di questa ricerca era quello di trovare applicazioni in cui tali pannelli potessero superare le convenzionali sezioni in acciaio. «In sostanza, stavamo cercando di comprendere un nuovo materiale e di trovarne la nicchia all’interno di infrastrutture e applicazioni meccaniche», afferma Szyniszewski. «Quello che abbiamo scoperto era che i pannelli sandwich sono in grado di sopportare carichi dieci volte più alti rispetto alle lastre d’acciaio sottili.» Secondo Szyniszewski, i pannelli sandwich potrebbero consentire una nuova generazione di travi per ponti ferroviari o torri per turbine eoliche, eliminando la necessità delle piastre di rinforzo saldate, che impediscono la deformazione della piastra locale. Tali rinforzi producono concentrazioni di stress e richiedono una manutenzione periodica perché sono alla base delle cricche da fatica. Le difficoltà superate Nel corso del progetto, Szyniszewski e il suo gruppo di ricerca hanno dovuto superare diverse difficoltà. Ad esempio, poiché i pannelli sandwich non sono affidabili con fogli frontali di spessore inferiore a 2 mm, i ricercatori hanno dovuto testare un pannello con la rigidità e la resistenza equivalenti a piastre in acciaio da 5 mm. Sfortunatamente, ciò significava testare piastre delle dimensioni di un pozzo di ascensore, qualcosa di semplicemente impossibile con l’attrezzatura di capacità massima di 100 tonnellate del progetto. Per superare questa difficoltà, i ricercatori hanno testato piastre singole: «Ciò ci ha richiesto di progettare dispositivi speciali in grado di fornire libertà di movimento rotazionale e allo stesso tempo di trasferire carichi assiali significativi», afferma Szyniszewski. Nuovi potenziali per le schiume metalliche Attraverso questi sforzi, i ricercatori hanno scoperto che l’aggiunta di sfere ceramiche in schiume metalliche produceva un’eccezionale resistenza al taglio, imparagonabile rispetto ai tradizionali materiali sfusi. «In definitiva, il progetto METFOAM ha dimostrato che le schiume metalliche possono essere utilizzate per produrre nuovi metamateriali con proprietà innovative che non sono realizzabili per metalli sfusi o ceramiche», aggiunge Szyniszewski. I ricercatori hanno anche scoperto che l’introduzione di superfici porose in corpi non aerodinamici può ridurre la resistenza aerodinamica. «Ad esempio, una superficie porosa rivolta verso il flusso innesca una turbolenza, un po’ come le fossette su una pallina da golf», spiega Szyniszewski. «Avere un mezzo poroso sul lato sottovento del corpo riduce la pressione di base e l’intensità della turbolenza.» Aggiunge infine che tali caratteristiche potrebbero consentire l’utilizzo di schiume su superfici esterne. Sebbene il progetto oggi sia concluso, i ricercatori stanno attualmente esplorando applicazioni di ingegneria civile, quali le travi di trasferimento con resistenza estrema alla deformazione, che potrebbero trarre beneficio dall’uso di componenti in piastra di schiuma metallica.
Parole chiave
METFOAM, schiuma metallica, pannelli sandwich
