Quando si tratta di scegliere il materiale più adatto, gli ingegneri devono fare i conti con un numero sempre più elevato di richieste. Di conseguenza, raggiungere il giusto compromesso tra sostenibilità e convenienza risulta sempre più complesso, specialmente in un mercato con un numero sempre maggiore di tipologie di materiali pensati per soddisfare specifiche esigenze. A ciò si aggiunge come molti materiali debbano rispettare dei requisiti fisici fondamentali per i loro scopi di applicazione finale e per il carico a cui saranno sottoposti. Trovare la giusta via di mezzo rappresenta quindi una sfida quotidiana per il mondo ingegneristico, elettronico e, in generale, per tutto il settore manifatturiero.
Frank Gerwarth di reichelt elektronik fornisce alcuni suggerimenti utili a facilitare il processo decisionale di questi professionisti per aiutarli a perseguire i loro obiettivi.
Caratteristiche dei materiali
I materiali vengono lavorati nel corso del processo di produzione. L'uso influenza quindi significativamente le caratteristiche del prodotto finale. Sebbene molti debbano ancora essere testati per verificarne l'idoneità a nuovi progetti, ce ne sono molti altri che hanno già dimostrato la loro funzionalità. Ne è un esempio il litio che, in quanto metallo leggero ed eccellente accumulatore di energia elettrica, è molto adatto alla produzione di batterie e di accumulatori energetici. Per queste ragioni, questo materiale si è affermato in dispositivi come i telefoni cellulari o i computer portatili.
Oltre alla leggerezza, un’altra proprietà che gioca un ruolo importante è la stabilità. Il ferro e l'acciaio sono materiali metallici facilmente reperibili, poco costosi e particolarmente resistenti, per questo vengono utilizzati, ad esempio, nel campo dell’ingegneria meccanica. Ma non sono gli unici. Molti altri sono utilizzati nella produzione industriale moderna, tra cui l'alluminio, a lungo considerato un sostituto del ferro, nonostante il suo peso inferiore e sia più costoso.
I nuovi polimeri ad alta prestazione stanno diventando sempre più popolari: i materiali compositi, in particolare, come le fibre di carbonio, svolgeranno un ruolo sempre più importante in futuro e faranno concorrenza ai materiali metallici leggeri utilizzati nella costruzione dei veicoli. I materiali compositi sono specialmente adatti alla produzione additiva. Si tratta di compositi fibrorinforzati, formati dalla combinazione di due materiali qualsiasi. Nella maggior parte dei casi, viene utilizzata una miscela di polimeri e di materiali rinforzati. I materiali polimerici sono spesso adoperati per la stampaggio 3D di pezzi complessi. La loro resistenza li rende inoltre adatti alla costruzione di componenti meccaniche.
La varietà dei materiali nell’industria elettronica
Una volta definite le caratteristiche del prodotto finale, è necessario selezionare il materiale più appropriato. Gli ingegneri traggono vantaggio dal fatto che la loro varietà ha registrato un costante aumento, specialmente negli ultimi decenni, grazie alla ricerca, che si è sempre più focalizzata sul trovare nuove combinazioni. Nonostante gli ingegneri debbano ancora fare molte valutazioni per selezionare il più adatto, oggi hanno la possibilità di avvalersi di una disponibilità e di una gamma decisamente più ampie.
Tuttavia, l’ampia disponibilità di dati sui materiali richiede anche un adeguato livello di conoscenza da parte dei progettisti e degli esperti chiamati a tali decisioni. L'uso di materiali con cui il progettista ha meno esperienza comporta di solito più rischi, in quanto gli effetti devono essere prima testati.
I principali trend nell’ingegneria dei materiali
Le innovazioni nella progettazione dei materiali spesso derivano da esigenze di altri settori o mercati. Gli sviluppi attuali si concentrano su temi quali l'efficienza energetica e delle risorse, che riguardano principalmente i materiali smart: questi hanno lo scopo di progettare nuovi materiali funzionali composti da componenti solide, liquide o gassose, in grado di adattarsi ai cambiamenti dell'ambiente esterno, come le temperature o le condizioni di luce.
I fluidi elettroreologici, ad esempio, appartengono a questo gruppo di materiali smart e vengono già utilizzati nell'industria automobilistica. Nei veicoli, questi materiali adattivi vengono utilizzati per regolare le proprietà del vapore, riducendo - ad esempio - il rumore per i passeggeri: il materiale riesce infatti ad adattarsi alla velocità del motore, funzionalità che può essere particolarmente vantaggiosa nel caso di trasporti in ambulanza. Inoltre, i fluidi elettroreologici possono anche adattarsi alle condizioni del sottosuolo, consentendo alle componenti più fragili, come le apparecchiature di comando o i macchinari ad alta tecnologia, di raggiungere la loro destinazione in modo sicuro grazie allo smorzamento.
Alla ricerca del materiale perfetto
Dal brainstorming alla selezione del materiale giusto, fino al prodotto finito: il mondo industriale e il settore dell’elettronica in particolare si affidano alle innovazioni nella ricerca per rispondere prontamente alle esigenze globali. Molti corsi di studio dedicati all'argomento sono già stati creati per formare professionisti esperti nel campo dell’ingegneria dei materiali.
La crescente varietà di materiali disponibili permette agli ingegneri di fare scelte più consapevoli nella selezione di quello più adatto. Anche i distributori possono contribuire in modo significativo, agendo come partner e offrendo a queste figure un'ampia gamma di materiali moderni che possano aiutarli a trovare l’elemento migliore nel rispetto di tutti i requisiti decisionali e produttivi.
