{"id":3592,"date":"2025-10-02T10:00:29","date_gmt":"2025-10-02T08:00:29","guid":{"rendered":"https:\/\/web.infn.it\/TechTransfer\/?p=3592"},"modified":"2025-10-27T11:43:21","modified_gmt":"2025-10-27T10:43:21","slug":"additive-manufacturing-ed-elettrolucidatura-al-plasma-due-tecnologie-sviluppate-per-gli-acceleratori-di-particelle-ma-dalle-molteplici-applicazioni-industriali","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/web.infn.it\/TechTransfer\/additive-manufacturing-ed-elettrolucidatura-al-plasma-due-tecnologie-sviluppate-per-gli-acceleratori-di-particelle-ma-dalle-molteplici-applicazioni-industriali\/","title":{"rendered":"Additive Manufacturing ed Elettrolucidatura al Plasma: due tecnologie sviluppate per gli acceleratori di particelle ma dalle molteplici applicazioni industriali"},"content":{"rendered":"\n

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A SRF2025, INFN presenta il suo portfolio di nuove tecnologie per la realizzazione e la finitura delle cavit\u00e0 acceleratrici<\/h3>\n\n\n\n

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Pi\u00f9 prestazionali, pi\u00f9 economiche, pi\u00f9 green<\/em><\/h6>\n\n\n\n

Le tecniche tradizionali di formatura e saldatura sono inefficaci, mentre la manifattura additiva (AM) non d\u00e0 la finitura superficiale adeguata. Questo era il problema che Oscar Azzolini<\/strong>, Tecnologo dell\u2019INFN presso i Laboratori Nazionali di Legnaro, aveva in mente mentre cercava un nuovo metodo di realizzazione delle cavit\u00e0 risonanti per i futuri acceleratori di particelle. E la soluzione \u00e8 arrivata dall\u2019incontro dei due mondi.<\/p>\n\n\n\n

\u201cLa forza del nostro metodo\u201d dice Azzolini, che ha presentato risultati preliminari con una cavit\u00e0 test in acciaio alla conferenza SRF2025<\/mark><\/a> appena conclusasi a Tokyo, \u201c\u00e8 che combiniamo la stampa 3D da filo (Wire Laser Additive Manufacturing, WLAM) con un trattamento di finitura meccanica in situ<\/em>, mentre la cavit\u00e0 viene costruita. In tal modo, alternando fasi di crescita con la stampa 3D a fasi di lavorazione meccanica, eliminando la necessit\u00e0 di saldature e preparando la superficie interna della cavit\u00e0 per i successivi passaggi di lucidatura.\u201d<\/p>\n\n\n\n

Le prestazioni di una cavit\u00e0 acceleratrice superconduttiva, infatti, dipendono fortemente dalla finitura superficiale e i trattamenti meccanici non riescono a rendere la superfice sufficientemente liscia. Tradizionalmente, per ottenere una superficie pulita e a bassa rugosit\u00e0 si usa la lucidatura elettrochimica (EP) che per\u00f2 \u00e8 lenta e richiede l\u2019uso di acidi concentrati, pericolosi per gli operatori e dannosi per l\u2019ambiente. Per questo, dal 2019, presso i Laboratori Nazionali di Legnaro, si sta studiando un approccio alternativo basato sul processo di Plasma Electrolytic Polishing (PEP).<\/p>\n\n\n\n

\u201cLa PEP impiega soluzioni diluite di sali, anzich\u00e9 acidi concentrati, e offre una serie di vantaggi rispetto all\u2019elettrolucidatura tradizionale, che includono alta velocit\u00e0 di processo (2 \u2013 8 \u03bcm\/min per Nb and 3\u201330 \u03bcm\/min per Cu) e rugosit\u00e0 finali sotto la decina di nanometri\u201d dice Eduard Chyhyrynets<\/strong>, tecnologo presso i Laboratori di Legnaro e autore di una presentazione a SRF2025 sul trattamento PEP di cavit\u00e0 reali.  \u201cNel 2022 abbiamo definito le prime ricette ottimizzate per PEP su Rame e Niobio\u201d continua Chyhyrynets, \u201ce le abbiamo brevettate nel 2023. Ora abbiamo la dimostrazione che il processo \u00e8 efficace su cavit\u00e0 reale, e permette di ottenere risultati superiori alle tecniche tradizionali.\u201d<\/p>\n\n\n\n

Nel cuore degli acceleratori<\/h6>\n\n\n\n

Le cavit\u00e0 risonanti sono il cuore di un grande acceleratore di particelle: si tratta di \u201ctubi\u201d opportunamente sagomati, costruiti in materiali superconduttori come il niobio o in rame a elevata purezza, in cui il fascio di particelle viene accelerato grazie a campi elettrici di altissima intensit\u00e0.<\/p>\n\n\n\n

Detta cos\u00ec sembra semplice ma, si sa, il diavolo si nasconde nei dettagli e, in questo caso, i dettagli sono la qualit\u00e0 del materiale e la finitura della superficie interna: per sostenere gli elevatissimi campi elettrici necessari per accelerare le particelle, le cavit\u00e0 devono essere essenzialmente prive di difetti: qualsiasi discontinuit\u00e0 nel materiale, come una saldatura o delle microscopiche asperit\u00e0 sulla superficie interna, sono sufficienti a degradare le prestazioni della cavit\u00e0 ed eventualmente, nel caso di materiali superconduttori, a causarne il quenching, <\/em>cio\u00e8 la rapida e catastrofica transizione dallo stato superconduttore a quello normale.<\/p>\n\n\n\n

La realizzazione di una cavit\u00e0 \u00e8 quindi una sfida tecnologica: la forma particolare, il tipo dei materiali e i requisiti sulla finitura della superficie interna rendono estremamente costoso e poco sostenibile l\u2019utilizzo di tecniche di manifattura tradizionale. Per questo la comunit\u00e0 degli acceleratori \u00e8 sempre alla ricerca di nuovi processi e tecnologie.<\/p>\n\n\n\n

Un processo ibrido<\/h6>\n\n\n\n
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La WLAM  \u00e8 un tipo di manifattura additiva, sviluppata da Meltio 3D<\/mark><\/a>, in cui il materiale con cui si vuole realizzare il pezzo arriva alla testa di stampa in forma di filo e viene fuso localmente utilizzando dei laser.  Montando la testa di stampa su un sistema a controllo numerico (CNC) \u00e8 possibile abbinarla a un processo di lavorazione per asportazione di materiale, come per esempio la rifinitura meccanica della superficie. \u201cL\u2019idea che abbiamo brevettato<\/mark><\/a> \u00e8 quella di realizzare un processo ibrido che alterni fasi di stampa 3D con trattamenti di finitura che normalmente dovrebbero essere fatti a posteriori\u201d racconta Azzolini, \u201cottenendo risultati non possibili altrimenti.\u201d<\/p>\n\n\n\n

\u201cIl primo test \u00e8 stato effettuato usando l\u2019acciaio, materiale su cui Meltio ha pi\u00f9 esperienza\u201d continua Azzolini, \u201calternando fasi di stampa a lavorazioni meccaniche in situ<\/em> con una fresa. I passi successivi saranno utilizzare il rame o il niobio, cos\u00ec da realizzare cavit\u00e0 funzionanti, e successivamente integrare nel processo ulteriori fasi di lavorazione, come la lucidatura elettrochimica o PEP e il ricoprimento con film sottili superconduttori.<\/p>\n\n\n\n

Plasma Electrolytic Polishing: non solo cavit\u00e0<\/h6>\n\n\n
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Rugosit\u00e0 finale estremamente bassa, velocit\u00e0 di trattamento, uso di sostanze chimiche meno pericolose rispetto all\u2019elettrolucidatura classica: i punti di forza del processo PEP lo rendono appetibile non solo per il trattamento delle cavit\u00e0 acceleratrici ma anche di tutti componenti che necessitano di una superficie lucida e quanto pi\u00f9 liscia possibile, dai componenti per motore all\u2019orologeria e alla gioielleria. La ricerca svolta all\u2019INFN, guidata da necessit\u00e0 di fisica fondamentale, trova quindi diretta applicazione anche al mondo industriale, in settori completamente diversi dalla tecnologia degli acceleratori.<\/p>\n\n\n\n

\u201cL\u2019INFN lavora sulla PEP dal 2019\u201d Racconta Chyhyrynets, \u201cnel 2023 abbiamo depositato 3 brevetti relativi a ricette per il trattamento di rame<\/mark><\/a>, <\/mark>niobio<\/mark><\/a> e delle loro leghe<\/mark><\/a>, ma la nostra esperienza si estende a tutta una serie di metalli, compresi quelli preziosi. Crediamo molto nella PEP come processo alternativo e pi\u00f9 sostenibile di elettrolucidatura e lucidatura chimica tradizionali, e vediamo ampi spazi di applicabilit\u00e0 in futuro, anche in connessione all\u2019additive manufacturing.\u201d<\/p>\n\n\n\n

Un \u2018offerta tecnologica completa: formatura, polishing e coating.<\/h6>\n\n\n\n

La ricerca tecnologica di INFN nel campo delle cavit\u00e0 acceleratrici  per\u00f2 non si limita a WLAM e PEP: SRF2025 ha rappresentato infatti l\u2019occasione per presentare alla comunit\u00e0 i pi\u00f9 recenti risultati sulla manifattura di cavit\u00e0 attraverso Additive Manufacturing da polvere (Laser Powder Bed Fusion, LPBF) esplorata dal laboratorio DIAM<\/a><\/mark> della Sezione INFN di Padova. Il lavoro si \u00e8 concentrato sull\u2019ottimizzazione del design e del processo AM per la realizzazione di cavit\u00e0 in rame e niobio, e sulla sua combinazione con la finitura tramite PEP.<\/p>\n\n\n

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\"\"<\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Dal punto di vista dei materiali, ci si sta concentrando su possibili alternative al niobio: ai Laboratori Nazionali di Legnaro \u00e8 in corso lo sviluppo di un sistema per la deposizione di strati sottili di Nb3<\/sub>Sn su cavit\u00e0 in rame. A differenza di quelle in niobio massiccio, le cavit\u00e0 Nb3<\/sub>Sn su Cu sono un potenziale passo avanti nel campo, infatti aprono la possibilit\u00e0 alla costruzione di piccoli acceleratori industriali raffreddati con cryocooler, senza bisogno dei grandi impianti criogenici che oggi ne limitano l’utilizzo agli acceleratori per la ricerca.<\/p>\n\n\n\n

I lavori su Nb3<\/sub>Sn, Come quelli su PEP, sono stati finanziati dalla GE INFN all’interno della ESPP (European Strategy for Particle Physics) attraverso il progetto SRF R&D for FCC-ee (SRF).<\/p>\n\n\n\n

SRF2025<\/h6>\n\n\n
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La delegazione INFN a SRF2025<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

SRF \u00e8 una conferenza internazionale dedicata allo sviluppo di cavit\u00e0 superconduttive ad alte prestazioni, con attenzione alle tecnologie emergenti per il loro funzionamento a lungo termine nelle strutture. Inoltre, inizialmente focalizzata sugli acceleratori di particelle, si \u00e8 rapidamente estesa anche a rivelatori per materia oscura, assioni, onde gravitazionali e computer quantistici. L\u2019edizione 2025<\/a> si \u00e8 svolta a Tokyo dal 21 al 26 settembre e ha visto la partecipazione di numerose persone di INFN, tra cui Oscar Azzolini, Davide Ford e Matteo Lazzari<\/strong> con un poster, Eduard Chyhyrynets<\/strong> e Dorothea Fonnesu<\/strong> con un invited talk.<\/em> la successiva edizione, SRF2027<\/strong> verr\u00e0 organizzata dall’INFN a Padova<\/strong> dal 27 giugno al 2 luglio 2027 e avr\u00e0 come co-chair Cristian Pira<\/strong> e Daniele Sertore<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n

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A SRF2025, INFN presenta il suo portfolio di nuove tecnologie per la realizzazione e la finitura delle cavit\u00e0 acceleratrici Pi\u00f9 prestazionali, pi\u00f9 economiche, pi\u00f9 green Le tecniche tradizionali di formatura e saldatura sono inefficaci, mentre la manifattura additiva (AM) non d\u00e0 la finitura superficiale adeguata….<\/p>\n","protected":false},"author":4,"featured_media":3599,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"categories":[161,162],"tags":[169,172,170,171],"class_list":["post-3592","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-02-dal-laboratorio-al-mondo","category-03-dietro-le-quinte-dellinnovazione","tag-additive-manufacturing","tag-eventi","tag-scienza-dei-materiali","tag-trattamenti-di-superficie"],"acf":[],"yoast_head":"\nAdditive Manufacturing ed Elettrolucidatura al Plasma: due tecnologie sviluppate per gli acceleratori di particelle ma dalle molteplici applicazioni industriali - 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