KetLab

KetLab è la rete nazionale di infrastrutture tecnologiche complesse per la ricerca applicata e il trasferimento tecnologico.

L’industria aerospaziale è una delle industrie a più alta tecnologia. Il rapporto tra spese annuali in R&S e fatturato è su valori del 14 %, molto più alti del valore medio del settore manifatturiero. Questo fa si che, per mantenete un alto grado di competitività, le imprese del settore debbano fare continui investimenti in R&S e adeguare il loro know-how al crescente livello internazionale.

Le analisi sui brevetti delle aziende del settore aerospaziale portano a conclusioni a sostegno dell’esistenza di “spillovers” positivi delle spese in R&S dell’high-tech sul settore manifatturiero nel suo complesso. Infatti, risultati mettono in evidenza che le imprese del settore aerospaziale sono sulla frontiera di molte (se non quasi tutte) aree tecnologiche. Infatti i brevetti richiesti dal settore aerospaziale vengono classificati in molte classi tecnologiche di altri settori manifatturieri.

E’ evidente, per mantenere la competitività dellle aziende aerospaziali, l’importanza di sostenere le azioni di R&S e di mettere “a sistema” e valorizzare questo patrimonio tecnologico favorendo processi di Spin-in e Spin-off tecnologico.

In Europa, più precisamente in Germania, c’è un esempio di eccellenza nel campo della ricerca industriale: la Fraunhofer Gesellschaft, un grande ente tedesco fondato nel 1949 e dedicato alla ricerca applicata e al trasferimento tecnologico. 

La FG è una delle locomotive del treno tedesco, con 22.000 impiegati, 66 istituti e un bilancio annuo di 2 miliardi di euro, per il 70-80 % di provenienza non statale. Uno dei pilastri della Fraunhofer è la capacità di brevettare: ogni anno vengono depositati 200-300 nuovi brevetti, a fronte di un portafoglio di più di 6000.

Da queste considerazioni nasce il progetto KET Lab (Key Enabling Technology Laboratories), una rete di Infrastrutture Tecnologiche Complesse che, sul modello del Fraunhofer, fatti i dovuti rapporti di scala visto il diverso ordine di risorse economiche in gioco, vuole affermare, anche sul territorio nazionale, questa “buona pratica” di successo.

I Ketlab sono poli interdisciplinari ad alto tasso di innovazione scientifica. Costituiscono un network di strutture, dotate di personalità giuridica, capacità tecnologica e flessibilità, in grado di supportare i principali player nazionali della tecnologia e dell’innovazione, con ricadute in ambito spaziale e civile.

Ogni KetLab è dotato di laboratori multidisciplinari, come supporto alle attività di R&S delle Piccole e Medie Imprese del territorio ma con la capacità di interagire con le Grandi Imprese fornendo un terreno comune di lavoro e di confronto a ricercatori e tecnici delle imprese con quelli delle Università e degli Enti Pubblici di Ricerca. Ai laboratori sono affiancate strutture tecnico-amministrative competenti, con lo scopo di supportare le PMI alla messa in rete ed alla creazione di partenariati funzionali, per la partecipazione a bandi e gare anche a livello internazionale. Il ruolo del Ket Lab è anche quello di Incubatore d’impresa, dando supporto tecnologico, agli spin-off di ricerca ed alle start-up indutriali.

Analogamente al Fraunhofer Institute, i KetLab vedono la partecipazione di fondi privati e pubblici puntando ad essere un modello sperimentale virtuoso in cui il contributo pubblico sia pari od inferiore a quello privato, una “best practice” del partenariato pubblico-privato per rendere questo stesso modello ripetibile anche in altri distretti industriali.

Il modello si propone di sviluppare e mettere a disposizione i risultati di ricerca applicata, prodotta da differenti attori pubblici e privati, piuttosto che a produrre attività di ricerca interna e “proprietaria”. Questa approccio comunemente chiamato “open innovation” propende a velocizzare l’acquisizione di innovazione da parte delle PMI mettendo direttamente e nello stesso ambiente i vari ricercatori di diversa estrazione dall’altra ad abbattere i costi di Ricerca e Sviluppo.

Il progetto si propone inoltre, di mettere in rete le “facilities” tecnologiche di enti di Ricerca ed Università presenti sul territorio nazionale favorendone l’accesso alle PMI con un’azione di accompagnamento e tutoraggio per il loro utilizzo .

Gli obiettivi principali di Ketlab

KetLab @Art

Il Lazio è leader in Italia per l’innovazione, è al primo posto per l’occupazione nel settore dei servizi ad alta tecnologia, per la spesa in ricerca e sviluppo degli enti pubblici e universitari, per la spesa totale in information technology. La struttura del sistema produttivo è caratterizzata da circa il 90% di imprese di piccole dimensioni, appare evidente quindi la necessità di rivedere, alla luce della presenza sui mercati internazionali di Paesi nuovi i cui prodotti sono ampiamente competitivi con i nostri, la specializzazione settoriale del sistema produttivo e gli eventuali nuovi sbocchi.

Da qui l’importanza di partire dal “territorio” come possibile elemento catalizzatore, per lo sviluppo del sistema delle imprese in ambiti tecnologicamente avanzati e competitivi nel contesto internazionale, e la necessità di rendere efficiente ed efficace il collegamento e l’operatività del Sistema ricerca nelle sue tre componenti (Università, Enti pubblici di ricerca, Imprese).

Nel territorio di Frascati e in quello confinante del Comune di Roma, nell’area di Tor Vergata, c’è il più importante raggruppamento di Enti di Ricerca ed Universitario d’Italia, e tra i più rilevanti in Europa. Oltre all’Università di Tor Vergata, hanno sedi e laboratori in quest’area:

• l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, con i Laboratori Nazionli di Frascati, il Centro Ricerche Enea di Frascati, l’ESA – ESRIN, l’Agenzia Spaziale Europea, l’ASI Agenzia Spaziale Italiana, l’INAF Istituto Nazionale di AstroFisica ed il CNR con numerosi Istituti.

In questo contesto territoriale è nato il primo KET Lab, il Ket Lab@ART (Area Ricerca Tuscolana), creando uno spazio comune nel quale Enti di Ricerca, Dipartimenti universitari ed Imprese operano per trovare interessi comuni e sinergie, promuovendo il trasferimento tecnologico come metodo concreto di crescita favorirendo la collaborazione tra mondo scientifio e mondo industriale. Queste realtà rappresentano il mercato di riferimento in coerenza con che quelli che per Horizon 2020 gli obiettivi per la ricerca e l’innovazione tecnologica, della comunità europea 

Le attività:

Il Ket Lab@ART (Area Ricerca Tuscolana) sviluppa al suo interno tre verticali tecnologiche:

Partecipa alla Flagship del Graphene e sta realizzando in collaborazione con il Consorzio Nazionale Italiano per le Telecomunicazioni CNIT, uno Space Cyber Security innovation HUB che dovrà svolgere attività di orientamento alle imprese, formazione, ricerca industriale e sviluppo sperimentale nel campo della Cyber Security per lo Spazio.

Dispone inoltre di “facilies” tecnologiche e servizi a disposizione delle imprese. 

L’ Advanced Manufacturing Benchmarking Center

Nel KET LAB@ART è ospitato il centro di manifattura avanzata per lo spazio che vuole essere uno dei più importanti punti di riferimento in Europa nel campo del 3D printing di componenti spaziali.

E’ una collaborazione tra la Fondazione E. Amaldi e realtà sia aziendali che universitarie a livello nazionale. Il centro offre eccellenze per tutti gli aspetti della progettazione, della produzione e del testing del componente, fino a determinarne la qualifica secondo gli standard europei vigenti. Grazie alle competenze e alle strutture messe a disposizione dai partecipanti specializzati in produzione e caratterizzazione dei materiali, al parco macchine più ampio d’Europa e alle conoscenze all’avanguardia di progettazione sia in contesti industriali che universitari, si può garantire un livello di eccellenza in termini di qualità e affidabilità di produzione, a servizio di qualsiasi soggetto interessato.

Si effettuano, inoltre, studi volti al miglioramento dell’attuale stato dell’arte tecnologico mirati al design ed al reverse engineering, all’ottimizzazione dei processi produttivi delle materie prime (specialmente polveri metalliche), delle prestazioni delle stesse e caratterizzazione chimica e strutturale dei prodotti, tracciando una relazione con l’iter di processo effettuato.

Nel Centro, inoltre, si possono realizzare studi volti al miglioramento dell’attuale stato dell’arte tecnologico mirati al design ed al reverse engineering, all’ottimizzazione dei processi produttivi delle materie prime (specialmente polveri metalliche), delle prestazioni delle stesse e caratterizzazione chimica e strutturale dei prodotti, tracciando una relazione con l’iter di processo effettuato. La strategia del Centro di Competenze e Benchmarking della Fondazione Amaldi si basa sulla messa a disposizione degli utenti, della conoscenza della nuova tecnologia ottenibile con l’impiego diretto della strumentazione e delle stampanti, dei processi di produzione e dei materiali utilizzabili e da utilizzare. I tecnici/ricercatori delle società ospiti possono sottoporre le problematiche da affrontare e condividere con i ricercatori associati al centro, il piano di produzione o di ricerca e sviluppo.

La caratteristica distintiva della stampa tridimensionale di metalli, ramo dell’additive manufacturing (AM) ed in particolare della PBF (Power Bed Fusion), che comprende sia la SLM (Selective Laser Melting) che la SEBM (Selective Electron Beam Melting), di produrre un oggetto strato per strato attraverso la fusione selettiva e successiva solidificazione di letti di polveri, ha dimostrato diversi vantaggi rispetto ai processi di produzione convenzionali. Si citano, tra gli altri, la flessibilità associata alla realizzazione di parti con complesse geometrie e la microstruttura raffinata. Questa ultima derivata dal non equilibrio della struttura cristallina dovuta alla rapida solidificazione tipica della stampa 3D.

I settori industriali che hanno subito compreso e approfittato di questi vantaggi sono il biomedicale, con la messa in produzione di protesi principalmente in titanio e cromocobalto e l’automotive, iniziando dal motor-racing ed estendendosi gradualmente alle autovetture di lusso, le cosiddette fuori serie. Ma la tecnologia della stampa 3D di metalli o più propriamente dell’Additive Manufacturing (AM), va espandendosi velocemente anche in altri settori più tradizionali come il packaging e la meccanica in generale.

I principali vantaggi nel settore aerospazio dei processi AM sono in sintesi:

Lo scenario italiano

L’industria spaziale italiana detiene il massimo rapporto tra spese per ricerche e valore della produzione. Secondo un rapporto dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI ) esso vale l’11%, a fronte del 5,1% nell’high-tech, e del 0,9% nel manufacturing. Ciononostante l’introduzione di questa nuova tecnologia in questo ambito procede, almeno finora, molto lentamente. Il successo dei lanci e delle missioni in generale sono stati l’obiettivo primario al quale concedere ampie ridondanze a partire dai costi.

Tale filosofia, negli anni passati, è valsa sia per i palloni stratosferici che per le più impegnative missioni interplanetarie. Questo paradigma sta però cambiando velocemente in particolar modo per l’uso commerciale della tecnologia spaziale e per la discesa in campo di operatori nuovi e privati. L’avvento di Space X con i suoi lanciatori parzialmente riutilizzabili ne è l’esempio più lampante.

Recentemente la NASA ha pubblicato i suoi studi per la realizzazione di camere di combustione mediante stampa 3D, per ottenere con essa un dispositivo più leggero e con costi ridotti. L’industria europea e in particolare italiana non possono che adeguarsi. Secondo una ricerca di vari istituti universitari e dell’ASI, in Italia si contano 56 unità produttive, delle quali circa la metà industrie spaziali pure. Impegnate nella costruzione di satelliti, vari veicoli e robot spaziali, lanciatori, stazioni di controllo a terra, servizi per le telecomunicazioni e il monitoraggio meteorologico, dell’ambiente, delle emergenze umanitarie e della sicurezza e difesa.

A esse si aggiungono una miriade di PMI che a vario titolo e missione per missione sono coinvolte direttamente o come terzisti in questo innovativo campo industriale. In special modo per queste ultime, ma non solo, investire in nuove tecnologie di produzione, e in particolare quella di AM che è capital intensive, prima di valutare il beneficio possibile, è arduo. In Italia sono presenti vari provider disponibili a eseguire in conto lavorazione componenti realizzati per stampa.

Ma la valutazione della sua effettiva convenienza non può passare se non per una vera conoscenza della tecnologia, derivante dal suo utilizzo in prima persona, e dalla sua applicazione al particolare componente che si vuole realizzare. A tale scopo si vuole far nascere un centro di competenza e benchmarking aperto. In esso sono messe a disposizione sia le macchine che un serie di competenze che vanno dalla scienza dei materiali alla riprogettazione dei componenti che sfrutti i tutti vantaggi possibili della stampa 3D.

Bioengineering

L’Area di Specializzazione (AdS) delle Life Sciences mira ad individuare le tecnologie e i prodotti di ricerca ragionevolmente maturi per una successiva evoluzione per applicazioni spaziali (spin-in). In particolare, considerando missioni di lungo periodo e/o future colonizzazioni di corpi celesti (Luna, Marte) è necessario valutare criticamente i relativi vincoli intrinseci dovuti alle diverse condizioni di gravità e all’implementazione di protocolli operativi specifici per lo svolgimento delle attività quotidiane. Il tutto inquadrato in una condizione di isolamento prolungato che richiede l’inevitabile messa in opera di un sistema generale di mantenimento dei processi vitali che garantisca l’autosufficienza a tutti i livelli.

Concentrando l’attenzione sugli aspetti medico-sanitari si evidenzia automaticamente la delicatezza delle procedure e delle metodiche che devono essere sviluppate ed ottimizzate per (i) assicurare un determinato livello di qualità della vita e (ii) intervenire efficacemente nel caso in cui un membro dell’equipaggio incorra in un trauma importante o sviluppi una patologia non più controllabile mediante l’uso esclusivo di farmaci o integratori.

 Il know-how nel settore biomedicale, sempre in costante aggiornamento, disponibile presso KETlab favorisce l’incontro di realtà accademiche e industriali intorno ad un obiettivo comune per stabilire delle collaborazioni a più livelli, a partire dalla ricerca di base fino al trasferimento tecnologico.

Principalmente attiva nella progettazione, realizzazione e caratterizzazione di strutture biocompatibili, secondo i criteri dell’ingegneria dei tessuti e medicina rigenerativa, KETlab valuta le potenziali ricadute di materiali biocompatibili alternativi elaborati con tecniche di fabbricazione ad hoc, presentandosi come un polo d’attrazione per promuovere un effettivo avanzamento scientifico.

Materiali avanzati per lo spazio e scale up tecnologico

Il laboratorio per i materiali avanzati e lo scale up tecnologico è il centro nevralgico delle attività di R&S del KETLAB che si incontrano con le richieste di trasferimento tecnologico industriale a livello nazionale ed internazionale. E’ un laboratorio in cui le varie competenze si fondono attivamente allo scopo di rispondere alle specifiche richieste industriali. Le sue funzionalità sono necessarie per il passaggio delle tecnologie dalla realtà di R&S verso un possibile scale-up per le applicazioni e la produzione industriale portando i prototipi elaborati ad un livello pre-industriale.

Il laboratorio di scale up del KetLab ospita 3 sistemi:

La Macchina HIP (Hot isostatic pressure) è una strumentazione utilizzata per la creazioni di elementi complessi che risultano dall’aggregazione di polveri di diversi materiali opportunamente scelti. Questo risultato viene ottenuto con un processo caratterizzato da una temperatura di circa 2000°C ed una pressione di circa 2000 bar.

L’ambito fotovoltaico è risultato estremamente fertile per l’applicazione della tecnica LTPED in quanto si è voluto studiare l’applicazione della stessa nella produzione di celle fotovoltaiche di nuova generazione. L’aspetto innovativo di queste ultime consiste nell’utilizzare come materiale attivo al processo di conversione fotoelettrico il semiconduttore CIGS, un materiale composto da Rame, Indio, Gallio e Selenio che per sua natura è molto difficile da depositare con qualità e riproducibilità su una determinata superficie con altre tecniche.

Il lavoro del laboratorio di progettazione e messa in funzione di sistemi complessi ad alta tensione è incentrato sull’elettronica ad alta tensione necessaria al funzionamento di alcune tecniche di deposizione a film sottile, in particolare quella che permette la deposizione di materiali utilizzando sorgenti ad elettroni pulsati (Pulsed Electron Deposition, PED). Questi sistemi hanno la necessità di scaricare un fascio elettronico ad alta densità di potenza in un tempo molto breve, riducendo al minimo il rumore del processo.

A tal fine il laboratorio ha messo a punto un innovativo switch ad alta tensione che consente alla sorgente di generare fasci elettronici impulsati di durata inferiore ai 200 ns con una potenza istantanea dell’ordine delle decine di MW. I diversi anni di ricerca in questo ambito hanno permesso di ottenere ottimi risultati sul controllo del fascio elettronico, sui sistemi di alimentazione e switch ad alta tensione. Inoltre, in questo laboratorio si sono svolte attività di progettazione avanzata di circuiti ad alta tensione tra cui: alimentatori switching per plasma, switch ad alta tensione sia a stato solido che a gas, circuito di scarica veloce, circuiti di isolamento e schermatura dai disturbi.

Il Ketlab di Bologna

Il KetLab@Bologna ha sede a Bologna, è il luogo di collegamento tra la Grande Impresa e le PMI, in quanto fornisce uno spazio comune di lavoro e l’opportunità di confronto diretto ai ricercatori e tecnici delle imprese con quelli delle Università e degli Enti Pubblici di Ricerca. Il progetto mira a ricollocare il sistema produttivo sul campo delle nuove tecnologie e della catena internazionale del valore, attraverso l’applicazione delle tecnologie abilitanti (KETs), obiettivo della Space Economy ovvero l’insieme dei beni, dei servizi e delle applicazioni che sono la chiave dello sviluppo futuro.