Stampa 3D per lo studio della materia oscura e della fisica dei neutrini

dark matter stampa 3d laboratori nazionali del gran sasso - francesco puzello

Grazie alle tecnologie di manifattura additiva sono stati realizzati nuovi detector utili agli studi su Dark Matter e sulla fisica del neutrino.

HAMMER: nuovi rivelatori criogenici

L’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare INFN, ente pubblico di ricerca per la fisica nucleare, subnucleare ed astroparticellare, ha istituito un polo diffuso per lo studio dei materiali processabili attraverso tecnologie additive, distribuito tra i Laboratori Nazionali del Gran Sasso e la Sezione di Roma.

Tale polo, denominato HAMMER (Hub for Additive Manufacturing Materials Engineering and Research), ha sviluppato un nuovo supporto di rivelatori criogenici per il progetto BULLKID, che ha lo scopo di realizzare assorbitori criogenici per particelle di materia oscura e neutrini, costituiti di Silicio e con tecnologia di lettura MKID.

Il supporto criogenico dei rivelatori è stato progettato, ottimizzato e realizzato in rame puro attraverso tecnologia additiva a letto di polvere per metalli. Nello specifico, grazie all’utilizzo della tecnologia Direct Metal Laser Melting DMLM è stato possibile processare Rame radiopuro utile alla realizzazione delle parti.

In merito alla caratterizzazione delle polveri di rame utilizzate per la realizzazione del frame, sono state eseguite misure ICP-MS che hanno verificato e certificato la purezza del materiale.

Allo stato attuale il detector si trova in fase di misura all’interno del Criostato del Laboratorio Rivelatori Criogenici dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare di Roma.

stampa 3d rame radiopuro infn lngs - Francesco Puzello

Nell’immagine è possibile osservare il rivelatore finale assemblato con telaio principale in rame puro, prodotto attraverso tecnologie di additive manufacturing per metalli.

Additive manufacturing e criogenia

Attraverso tecnologie di manifattura additiva per metalli sono state realizzate nuove parti in rame a forma di spirale che hanno reso possibile la rilevazione di dati inerenti la conducibilità termica ed elettrica dell’esperimento. L’utilizzo delle parti realizzate in Additive Manufacturing ha evidenziato valori minori in merito ai valori di conducibilità termica ed elettrica rispetto ai semilavorati standard dello stesso materiale.

additive manufacturing rame radiopuro infn lngs - Francesco Puzello

Dall’analisi dei dati è emerso che i nuovi valori sono frutto della minore densità delle geometrie prodotte con sistema a letto di polvere. Ad ogni modo, data la massa ridotta, questo parametro non ha influenzato in modo significativo la fattibilità di questo esperimento prototipale, che raggiunge in tempi ragionevoli le temperature di progetto richieste circa -273,14°C  (10 mK).

Nuove frontiere della Ricerca grazie alla manifattura additiva

Nell’ottica di realizzare nuovi esperimenti con parti prodotte con tecnologie di manifattura additiva, il gruppo di Ricerca sta lavorando ad un miglioramento della densità delle componenti realizzabili con sistemi a letto di polvere per metalli.

Questo studio si sta sviluppando attraverso un’intensa collaborazione con laboratori specializzati nella caratterizzazione dei materiali, ed equipaggiati con tecnologie all’avanguardia per analizzare l’effetto del post-processing in termini di morfologia del materiale e di prorietà termo-meccaniche.
Donato Orlandi – Aerospace Engineer presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’INFN dichiara “contiamo di ottenere miglioramenti sensibili della densità dei componenti in rame, mediante cicli termici già testati ed ottimizzati, entro il primo semestre del 2020.
Pianifichiamo inoltre di collaudare nuove tecniche di generazione di semilavorati in rame da cui ricavare poi la polvere ancora più pura attraverso atomizzazione′′. Valerio Pettinacci – Materials Engineer presso INFN Roma e cofondatore di HAMMER assieme all’Ing. Orlandi – aggiunge che “i primi risultati analizzati a valle dei trattamenti – in merito alle caratteristiche meccaniche dei manufatti in rame prodotti in additive manufacturing – confermano che la strada intrapresa è corretta nell’ottica del raggiungimento delle proprietà necessarie per gli utilizzi futuri prospettati nell’ambito della Ricerca sia criogenica che spaziale”.

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