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Anno 3, Numero 4, marzo 2012Rivista di informazione del Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e Tecnologie IndustrialiRegistrazione: Tribunale Civile di Trento - Numero 10 del 21 giugno 2010 del Registro StampaPoste Italiane Spa - Spedizione in Abbonamento Postale - 70% GIPA/TN

http://www.unitn.it/dimti

Programma doppio dottorato: a Trento e a Boulder in Colorado per sviluppare nuovi protesi vascolariWalter Bonani

Robust design orientato al miglioramento delle caratteristiche dimensionali e geometriche di componenti meccanici prodotti per Metallurgia delle PolveriIlaria Cristofolini, Alberto Molinari

LISA: una sfida scientifico-tecnologica a cavallo tra fisica, ingegneria meccanica e dei materialiMatteo Benedetti, Daniele Bortoluzzi

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Povo2Rendering del secondo padiglione del Polo Scientifico-Tecnologico “Ferrari” di Povo che ospiterà i nuovi laboratori dell’area Ingegneria Industriale dell’Università di Trento.

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Il DIMTI si trasforma. Lo statuto di Ateneo, che raccoglie su questo specifico punto le richieste della legge Gelmini, è la motivazione ma anche l’occasione per una revisione della struttura e della composizione del dipartimento. In grande maggioranza si è deciso di contribuire alla nascita di un nuovo dipartimento che raccoglierà competenze e interessi più generali nel campo dell’Ingegneria Industriale. Non muterà soltanto, e ancora una volta, la denominazione del DIMTI, inizialmente “Dipartimento di Ingegneria dei Materiali” e quindi “Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e delle Tecnologie Industriali”: il Dipartimento attuale si scioglie e si rifonda, con una partecipazione che meglio collega interessi e competenze di Ateneo per ricerche e applicazioni verso il mondo della produzione. Si chiude, in questo modo, un percorso che era iniziato con la stessa nascita del Dipartimento, al quale il nome inizialmente scelto, Dipartimento di Ingegneria dei Materiali, forse aveva attribuito una collocazione parziale e non sempre facilmente leggibile anche da chi ne faceva parte, e che la modifica di denominazione (con l’aggiunta: “e delle Tecnologie Industriali”) aveva meglio rappresentato, validandone l’ampia collaborazione con le aziende e dichiarandone in maniera più esplicita gli interessi verso le tecnologie non solo di prodotto ma anche di processo.

Il DIMTI si trasforma, e nel corso di quest’anno cambieranno non solo nome e composizione, ma anche la sede, trasmigrando nel secondo padiglione del Polo Scientifico-Tecnologico “Ferrari” di Povo. Si completa con la realizzazione del polo Ferrari il disegno di tanti anni fa del Rettore Fabio Ferrari che ha dato inizio alla facoltà di Ingegneria, e che già tanti anni fa comunicava il suo sogno-progetto di realizzare in collina un polo di didattica e ricerca, un quartiere della scienza e della tecnologia, fertile e fertilizzante per se stesso e per il territorio.

Cambia l’organizzazione logistica del DIMTI, nato per fotografia del tempo come somma di laboratori, e disegnato invece per il polo Ferrari come struttura condivisa in cui gli spazi e le tante attrezzature scientifico-tecnologiche, identificati per tipologia di attività, favoriranno essi stessi la trasformazione che porterà i ricercatori del nuovo dipartimento a comunicare e collaborare meglio sia tra di loro che verso il mondo della scienza e della tecnologia.

Editoriale

Claudio MigliaresiDirettore del DIMTI

In copertina: Rendering del secondo padiglione del Polo Scientifico-Tecnologico “Ferrari” di Povo

Eventi 2012

Per maggiori informazioni:http://www.unitn.it/dimti

PAT Cenacoli Project Closure Meeting Klaus Müller, in memoriamHybrid organic-inorganic materials for wood and paper surface modification: chemistry and analysis techniques”2 Aprile 2012, Sala Conferenze, Facoltà di Ingegneria, Trento.

Workshop on: Nanotechnologies for HealthCare 25-26 Maggio, 2012, Castello del Buonconsiglio, Trento.

VIII Workshop Italiano Sol-Gel21-22 giugno 2012, Sala Stringa, FBK, Trento.Sito web: http://www.solgel2012.ing.unitn.it/

Summer School on Biomaterials and Regenerative MedicineBioinspired and biomimetic materials and scaffolds: from nature communication and design strategies 9-13 Luglio 2012, Riva del Garda, Trento.

34° Convegno Nazionale AIM di Metallurgia7-9 novembre 2012, Grand Hotel Trento, Trento.

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Programma doppio dottorato: a Trento e a Boulder, in Colorado, per sviluppare nuovi protesi vascolari

Walter BonaniDIMTI

La scorsa estate presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica dell’Università del Colorado a Boulder (UCB) ho discusso il mio progetto di dottorato dal titolo “A multicomponent bioactive tissue-engineered blood vessel”. è stato l’atto conclusivo di un progetto svolto nell’ambito di un programma di doppio dottorato in co-tutela tra il DIMTI e il Dipartimento di Ingegneria Meccanica dell’Università del Colorado (UCB) siglato nel 2007.Il progetto è stato condotto sotto la guida del Prof. Claudio Migliaresi e della Dott.ssa Antonella Motta del DIMTI, e della Prof.ssa Wei Tan della UCB, e ha avuto come oggetto lo sviluppo di un nuovo modello di protesi vascolare bioriassorbibile con proprietà meccaniche anisotrope e la capacità di controllare spazialmente il rilascio di molecole bioattive. Gli studenti di dottorato che partecipano a questo speciale programma hanno l’opportunità di sviluppare il lavoro di tesi sotto la guida congiunta di tutor appartenenti a ciascuna delle due Istituzioni e sono tenuti a trascorrere un periodo di almeno due anni in ciascuno dei due Atenei. Il programma di doppio dottorato rappresenta dunque un’opportunità unica di fare una esperienza all-round all’estero.

Certamente chi vuole entrare in un programma di questo tipo deve essere pronto a mettersi in discussione, e a mettere in discussione la propria idea di ricerca e di dottorato. Per me, dopo più di due anni trascorsi negli Stati Uniti, il bilancio è senz’altro ampiamente positivo. Ho potuto condurre la mia ricerca con grande indipendenza, e sono stato coinvolto in un confronto critico quasi quotidiano con il tutor e con un gruppo allargato di docenti che aveva il compito di seguire, guidare ed infine giudicare i risultati ottenuti. Gli ovvi problemi di ambientamento sono stati ripagati dal valore dell’esperienza, dalla vivacità della vita del campus, dalla possibilità di viaggiare con relativa facilità attraverso gli States, dalla possibilità di sperimentare un diverso stile di vita e conoscere nuovi amici e innumerevoli diverse culture.Il Dipartimento di Ingegneria Meccanica dell’Università di Boulder può contare su almeno 25 professori a tempo pieno che operano in diverse aree di ricerca, e serve circa 700 studenti (con oltre 100 studenti di dottorato). Il corpo docente è molto giovane e dinamico e la ricerca è incentrata principalmente su Ingegneria Biomedica (applicazioni vascolari, biomeccanica, apparecchiature biomediche), Energia e Ambiente (risorse rinnovabili, air quality, trasporto termico su nanoscala) e Micro/Nanoscale Engineering (Atomic layer deposition, Nanometric thermoelectric devices). Molto stretti sono i legami con il mondo dell’industria e con le grandi università private e pubbliche del paese, in cui molti dei professori si sono formati. Nel 2010 la scuola di dottorato è stata classificata al sesto posto tra i 175 programmi di dottorato di Ingegneria Meccanica degli Stati Uniti dal National Research Council.Boulder è una città di 95000 abitanti non lontana da Denver (la capitale del Colorado) situata ai piedi del Front Range a 1650 m.s.l.m, proprio dove le Grandi Pianure incontrano le Montagne Rocciose. La città, di per sé molto caratteristica, ospita l’Università del Colorado con le sue famose costruzioni in mattoni rossi del campus che conta quasi 40000 studenti; ha prodotto nel corso degli anni 6 premi Nobel e 17 astronauti. In città e nei dintorni si possono trovare una quindicina di centri di ricerca d’eccellenza (tra cui il centro nazionale di ricerca atmosferica NCAR e l’istituto metrologico statunitense NIST). Boulder ogni anno viene classificata tra le città più vivibili e salutari degli Stati Uniti e recentemente la rivista Forbes l’ha indicata come la città più smart degli Stati Uniti. Boulder, che ospita la Naropa University (unica università buddista riconosciuta negli Stati Uniti), è una delle città più enviromentally friendly degli States, è una delle capitali mondiali dell’arrampicata sportiva, degli sport outdoor in genere ed è dotata di una vita culturale molto effervescente.

College of Engineering, Boulder Sezione dello scaffold multicomponente3

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PROGETTO DI RICERCA: Robust design orientato al miglioramento delle caratteristiche dimensionali e geometriche di componenti meccanici prodotti per Metallurgia delle PolveriIlaria Cristofolini e Alberto Molinari

L’efficacia della Metallurgia delle Polveri (MdP) come tecnologia “net shape” è strettamente collegata alla possibilità di garantire una buona precisione ai componenti sinterizzati, sia per quanto riguarda le dimensioni che per quanto riguarda la geometria. Da alcuni anni è in corso un ampio progetto volto ad individuare l’effetto dei diversi stadi del processo convenzionale di MdP sulla precisione dimensionale e geometrica dei componenti. Nell’ambito di questo progetto si sono strutturate le collaborazioni con diversi partners industriali: Höganäs AB, SACMI, GKN SinterMetals, AMES, TFM. Per ogni stadio del processo si sono quindi individuati i principali parametri che possono avere influenza sulle

caratteristiche dimensionali/geometriche dei componenti e seguendo un approccio Design Of Experiments (DOE) ne sono stati definiti i limiti di variabilità, in relazione ai processi industriali attuali e alle linee di tendenza innovative dei processi futuri. Si è studiata innanzitutto l’influenza delle diverse caratteristiche della polvere di partenza, elemento che condiziona non solo il prodotto finito ma anche gli stadi successivi del processo produttivo. Nello specifico sono state analizzate diverse composizioni chimiche, note per dare origine a ritiro o rigonfiamento in sinterizzazione, diversi tipi di lubrificante, da quelli tradizionali a quelli di ultima generazione, e diverse modalità di alligazione degli elementi. Il fatto di aver considerato un numero limitato di parametri ha permesso di eseguire la sperimentazione con un approccio “full factorial”, ritenuto indispensabile in questa prima fase per una migliore comprensione dell’influenza dei diversi stadi. Attraverso l’analisi della varianza (ANOVA) è stato evidenziato che, benché la composizione chimica abbia un effetto dominante nel determinare l’andamento di quasi tutte le caratteristiche dimensionali e geometriche, l’effetto degli altri parametri, nonché delle interazioni tra gli stessi, è tutt’altro che trascurabile. Il processo di compattazione è un momento chiave nel determinare le caratteristiche dei sinterizzati: la densità al verde e la distribuzione della densità nel verde non influenzano solo le proprietà meccaniche del sinterizzato, ma anche l’omogeneità del ritiro o rigonfiamento in sinterizzazione e quindi della precisione dimensionale e geometrica del prodotto finale. Nell’ambito di questo progetto sono state quindi studiate diverse strategie di compattazione per la produzione di componenti industriali a geometria piuttosto complessa (tre livelli di compattazione – “stepped die”), prodotti utilizzando una pressa da 200 ton di nuova concezione. Le caratteristiche dimensionali e geometriche dei verdi sono state misurate con una Macchina di Misura a Coordinate (CMM) e la distribuzione della densità è stata determinata attraverso l’Analisi di Immagine (IA), attraverso metodologie di misura ed analisi dei dati specificatamente definite. Le dimensioni parallele alla direzione di compattazione (altezze) sono state ricavate come distanze tra piani ricostruiti dalle nuvole di punti misurati, mentre le dimensioni ortogonali alla direzione di compattazione (diametri) sono state ricavate dalla ricostruzione delle superfici cilindriche ottenute dalle circonferenze misurate a diverse altezze, in modo da garantire l’affidabilità dei risultati.

Ilaria Cristofolini DIMS

Alberto Molinari DIMTI

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Sono state così individuate le dimensioni e le caratteristiche geometriche più sensibili alle variazioni della strategia di compattazione. L’analisi dei risultati ha permesso di caratterizzare le diverse fasi del processo e di evidenziare i parametri da modificare al fine di definire una strategia di compattazione ottimale per tale tipologia di componenti.è stata quindi studiata l’influenza di tempo e temperatura di sinterizzazione, in particolare con l’intento di valutare la possibilità di ridurre i tempi di sinterizzazione ed aumentare la temperatura, di particolare interesse dal punto di vista industriale. Nello specifico si è verificato come, variando opportunamente i parametri relativi, sia possibile ridurre i tempi di sinterizzazione per componenti di grandi dimensioni senza introdurre notevoli differenze in termini di variazioni dimensionali. Gli studi condotti finora hanno inoltre messo in evidenza il comportamento marcatamente anisotropo delle variazioni dimensionali dei sinterizzati, collegato ad alcuni parametri in particolare ed a volte differente da quanto ci si poteva attendere. Gli studi futuri saranno finalizzati alle definizione di modelli dei meccanismi attivi in sinterizzazione che causano anisotropia nelle variazioni dimensionali, al fine di poter meglio generalizzarne le conseguenze su geometrie sempre più complesse.

INDUSTRIAPROGETTI DI RICERCAAREE: MATERIALI PER L’ENERGIA IHP COMPOSITE Srl, Rovereto (TN)

AREE: BIOMEDICALE, SUPERFICI, METALLI EUROCOATING Spa, Pergine Valsugana (TN)

AREE: SUPERFICI, PROPRIETA’ MECCANICHE BORDIGNON SILVANO Srl di Grigno (TN)

AREE: MATERIALI PER L’ENERGIA DE ANGELI Srl , Bagnoli di Sopra (PD)

DIDATTICA E FORMAZIONECiclo di seminari “I NUovI MATERIALI PER LE TECNOLOGIE DEL FUTURO”Anche nel 2012, per gli studenti del Corso di Laurea in Ingegneria Industriale viene proposto un appuntamento, che si ripete da qualche anno, con lo scopo di offrire un’introduzione all’Ingegneria dei Materiali ed una panoramica degli argomenti di maggior interesse della ricerca e dell’innovazione tecnologica nel settore dei nuovi materiali. I seminari sono proposti con taglio prettamente divulgativo e non specialistico ma prendono

spunto dalle attività di ricerca coltivate dai docenti del DIMTI, costituendo così per gli studenti di Ingegneria Industriale un prezioso strumento per orientare in modo consapevole la scelta della Laurea Magistrale.

ONE MORE STEP - Progetto di cooperazione e mobilità Erasmus Mundus Azione 2 E’ stato approvato il nuovo progetto di cooperazione e mobilità Erasmus Mundus, “One More Step”, il quale prevede la disponibilità di 138 borse di mobilità per l’area geografica dell’Asia Sud Orientale e coinvolge 27 partners e associati, per un budget di 2.000.000 Euro.

Scuola di Dottorato “MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING” 28° cicloanno accademico 2012-2013E’ stato attivato per l’anno accademico 2012/2013, il 28° ciclo della Scuola Internazionale di Dottorato di Ricerca in “Materials Science and Engineering”. Come nei tre anni precedenti, verranno pubblicati due bandi, di cui il primo, in corso di definizione, dovrebbe essere pubblicato in aprile e il secondo verso settembre/ottobre, per ingressi nella scuola rispettivamente al 1 luglio 2012 e al 1 gennaio 2013.Tutte le informazioni sono reperibili al sito: www.unitn.it/en/drmse.

Progetti e iniziative

Procedura di misura ed elaborazione dati Analisi di immagine per valutare la porosità

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PROGETTO DI RICERCA: LISA: una sfida scientifico-tecnologica a cavallo tra fisica, ingegneria meccanica e dei materialiMatteo Benedetti e Daniele Bortoluzzi

Fin dagli albori dell’esplorazione dello spazio è stato chiaro che svincolarsi dall’ambiente terrestre apre una serie di possibilità scientifiche difficilmente o del tutto irrealizzabili in altro modo. L’osservazione delle onde gravitazionali costituisce un’importante sfida scientifica e tecnologica che da diversi anni coinvolge l’agenzia spaziale europea (ESA) e statunitense (NASA). La missione LISA (Laser Interferometer Space Antenna) si propone di rilevare le fluttuazioni della gravità planetaria, dette onde gravitazionali, prodotte dalle sorgenti più affidabili ed intense, cioè sistemi binari di stelle e buchi neri. Queste fluttuazioni non sono osservabili da antenne terrestri a causa del disturbo causato dal movimento di grandi masse presenti sulla terra, quindi la loro misura può avvenire solo nello spazio. A questo scopo, LISA prevede di mettere in orbita, in volo libero all’interno di tre satelliti, tre coppie di masse di prova che tracciano tre segmenti di circa 5×106m. Ciascuna massa è un cubo di lega oro-platino di circa 2 kg, ed il passaggio di un’onda gravitazionale provoca una piccola distorsione (10-12m) della loro formazione che è misurata da un interferometro laser puntato da un satellite all’altro.La criticità ingegneristica di questa missione ha portato l’ESA a realizzare una missione preliminare, chiamata LISA Pathfinder, dedicata a verificare le prestazioni di alcune delle tecnologie più a rischio, della quale il prof. Stefano Vitale del Dipartimento di Fisica è responsabile scientifico. L’Università di Trento è coinvolta in aspetti chiave della verifica del raggiungimento dei requisiti scientifici ed ingegneristici da parte del sensore (Gravitational Reference Sensor, GRS) che controlla le masse di prova.Tra le numerose criticità tecnologiche che sono state identificate nel GRS vi è l’esigenza di vincolare mediante un apposito meccanismo (vedi figura) la massa di prova per la fase di lancio del satellite e di rilasciarla in volo libero una volta raggiunta l’orbita finale. Quest’ultima fase, chiamata “iniezione in moto geodetico”, costituisce la transizione al modo scientifico dell’intera missione ed è critica perché non si dispone di esperienza di rilascio di un oggetto in volo libero da parte di un meccanismo in analoghe condizioni.

Gli aspetti più critici di questa fase sono due: da un lato lo sviluppo di legami adesivi tra massa da rilasciare e meccanismo di rilascio, dall’altro la possibilità di esercitare forze di controllo sulla massa di molto minori all’adesione stessa. La soluzione proposta è quella di eseguire un rilascio dinamico, in cui i legami adesivi sono rotti mediante una rapida ritrazione del vincolo: sfruttando l’inerzia della massa si ottiene la separazione dei corpi a contatto. Secondo questa procedura, tuttavia, l’adesione trasmette alla massa una velocità residua, che è controllabile dal GRS solo se inferiore a 5 μm/s. La verifica del soddisfacimento di questo requisito è in fase di studio sin dal 2003, nell’ambito di contratti stipulati con ESA, Thales Alenia Space Italia e EADS Astrium (Germania). Il frutto principale di questa collaborazione è stato l’allestimento presso il laboratorio di meccatronica del DIMS del primo apparato di prova al mondo (vedi box a lato) per lo studio del trasferimento di quantità di moto ad un corpo in volo libero a causa della rottura di legami adesivi. I risultati sperimentali ottenuti finora hanno confermato la criticità della fase d’iniezione e hanno fornito preziose indicazioni per la progettazione del meccanismo di rilascio.

Matteo BenedettiDIMTI

Daniele BortoluzziDIMS

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PAT Cenacoli Project Closure Meeting Klaus Müller, in memoriamWorkshop “Hybrid organic-inorganic materials for wood and paper surface modification: chemistry and analysis techniques”Il 2 aprile 2012, presso la Facoltà di Ingegneria – sala Conferenze, si terrà l’incontro conclusivo del progetto PAT CENACOLI (2008-2011), in forma di Workshop dedicato alla memoria del prof. Klaus Müller, che ne è stato coordinatore scientifico per tre anni e la cui attività è stata tragicamente interrotta dalla prematura scomparsa il 1 aprile 2011. Il comitato organizzatore è composto dalla prof.ssa R. Di Maggio (DIMTI), che ha assunto il ruolo di coordinatore del progetto, dal prof. R. Campostrini e dalla dott.ssa E. Callone (DIMTI), dalla dott.ssa S. Gross (CNR, Università di Padova) e da Giovanna Carlà, segretaria del DIMTI.Il progetto, finanziato dalla Provincia Autonoma di Trento, è stato dedicato allo studio dei trattamenti superficiali di carta e legno con rivestimenti per la protezione da parassiti e sostanze chimiche e con effetto di ritardanti di fiamma. Gli argomenti principali trattati nel workshop saranno i processi di modificazione e funzionalizzazione di legno e carta, lo studio dei rivestimenti ibridi e dell’interfaccia con il materiale e l’impiego delle tecniche analitiche per la caratterizzazione dei materiali, con particolare importanza alla risonanza magnetica nucleare.

Summer School on Biomaterials and Regenerative MedicineBioinspired and biomimetic materials and scaffolds: from nature communication and design strategies Riva del Garda, Trento, Italy - July 9th-13th, 2012La scuola e il Workshop sono organizzati dal DIMTI a dal Centro di ricerca BIOtech dell’Universita’ di Trento in collaborazione con l’ European Institute of Excellence on Tissue Engineering and Regenerative Medicine. Scopo della Scuola sara’ quello di illustrare e discutere principi, strutture, metodi di fabbricazione e recenti applicazioni dei materiali nel settore dell’Ingegneria dei Tessuti. La scuola e’ rivolta a studenti di dottorato, e post-docs con formazione nei settori dell’ingegneria, della fisica, chimica e biologia.

Focus

L’apparato sperimentale e le dotazioni strumentaliLo schema dell’apparato sperimentale è illustrato nella figura qui sotto. Un simulacro alleggerito della massa di prova è sospeso all’interno di una camera da vuoto mediante un filo realizzando così un pendolo semplice. Un simulacro della punta del meccanismo di rilascio viene posto in contatto con la massa di prova e poi ritratto velocemente. La giunzione adesiva che s’instaura tra i due corpi viene così sollecitata fino a rottura imprimendo alla massa un impulso di forza che viene convertito in oscillazioni del pendolo.

Schema dell’apparato sperimentale

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La finalità del DIMTI (Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e Tecnologie Industriali) è di aumentare la conoscenza ed istruire gli allievi nel campo dell’Ingegneria dei Materiali in modo da supportare lo sviluppo industriale e il relativo trasferimento di nuove tecnologie. L’attività del dipartimento si concentra sui differenti aspetti dell’ingegneria dei materiali, con particolare rilievo alla struttura e proprietà dei materiali, i materiali innovativi, le tecnologie produttive e le metodologie di progettazione. Le ricerche riguardano i ceramici, i polimeri, i metalli e i compositi, e sono in particolare studiate le tecniche di produzione e riciclo, le caratteristiche microstrutturali, le proprietà meccaniche, l’interazione con l’ambiente e le prestazioni in esercizio in funzione delle scelte progettuali.Molti progetti di ricerca si svolgono nell’ambito di collaborazioni con istituzioni universitarie e di ricerca internazionali e nazionali e in collaborazione con partner industriali.

Povo

MATERIALE

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DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DEI MATERIALI E TECNOLOGIE INDUSTRIALIFacoltà di Ingegneriavia Mesiano, 77 - 38123 Trentohttp://www.unitn.it/dimti

DIRETToREClaudio Migliaresi

SEGRETERIAtel. +0461 281915, fax +0461 281977e-mail: [email protected]

oBIETTIvo: Realizzare un oggetto con una precisa FUNZIONE. Si parte da un MATERIALE adatto e gli si conferisce la giusta FORMA mediante un PRoCESSo ottimizzato.

Trento

Nei prossimi numeri • Erasmus mundus • Rete TNLabs • BIOtech • Progetti Europei - FUNEA

DIMTI NEWSRivista di informazione del Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e Tecnologie Industriali

DIRETToRE RESPoNSABILEGiovanni Straffelini

REDAZIONEAntonella Motta, Sandra Dirè, Alberto Quaranta

SEGRETERIA DI REDAZIONEGiovanna Carlà

Progetto graficoMiriam Sebastiani

StampaLitografia Editrice Saturnia snc, Via Caneppele, 46 - Trento

RegistrazioneTribunale Civile di Trento - Numero 10 del 21 giugno 2010 del Registro Stampa

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