BANDO SETTORI PRIORITARI ED OBIETTIVI DI RICERCA

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1 Allegato 2 BANDO per la selezione di n. 20 imprese della provincia di Cuneo, area Obiettivo 2 (Docup ) tra le quali individuare quelle che parteciperanno a n. 6 Progetti di Ricerca Applicata Precompetitiva. SETTORI PRIORITARI ED OBIETTIVI DI RICERCA SETTORI PRIORITARI Un attento studio del territorio cuneese condotto per la determinazione dei maggiori settori che necessitano di interventi per l innovazione di prodotto e di processo ha permesso di tracciare un quadro abbastanza chiaro dello stato tecnologico dei vari comparti industriali. Il settore che maggiormente necessità di un grande sforzo tecnico scientifico è risultato essere tutto il comparto alimentare, inoltre il territorio ha evidenziato la presenza di competenze nel settore meccanico che potrebbe avvalersi di tecnologie avanzate come la prototipazione rapida e il rapid tooling per il contenimento del time to market dei nuovi prodotti. Settore Alimentare Sono stati individuati e qui di seguito evidenziati diversi settori della filiera alimentare che hanno necessità di dispositivi tecnologicamente avanzati per aumentare il livello qualitativo della produzione. Si riportano di seguito i principali settori che verranno presi in considerazione in fase di valutazione: La catena del freddo dei prodotti alimentari è il maggior interesse del settore ortofrutticolo secondo quanto evidenziato nell ultimo congresso internazionale IUFoST Il processo di raffreddamento dei prodotti ortofrutticoli dal postraccolta alla sua presentazione nei display cabinet dei vari centri commerciali delle grandi distribuzioni organizzate necessitano di un grosso sforzo per applicare quanto lo stato dell arte tecnologico può offrire. Progetto cofinanziato dall Unione Europea, dal Ministero dell Economia e delle Finanze e dalla Regione Piemonte

2 Le industrie di conservazione hanno la necessità monitorare in continuo la temperatura dei loro prodotti sin dall inizio del trattamento termico fino al consumo, passando attraverso tutti i trasferimenti dei prodotti nelle reti commerciali. Il buono stato di conservazione di un alimento mantenuto in camera climatica richiede il mantenimento in continuo della temperatura corretta. L introduzione di un metodo automatizzato di controllo da applicare sulle singole confezioni rappresenta uno strumento ideale per controllare la qualità del prodotto distribuito e per l individuazione dei momenti critici; il problema della conservazione dei prodotti imballati non è limitato ai soli alimenti surgelati ma rappresenta un tema comune a tutta la catena della grande distribuzione. L introduzione di nuovi sistemi per l imballo, tecnologicamente avanzati, rappresenta un obbiettivo di primaria importanza nel settore, sia per imballi da usare durante il trasferimento delle derrate alimentari che per gli imballi da usare durante il mantenimento dei prodotti agricoli all interno delle camere climatiche. L uso di un imballo che prolunghi il periodo di conservazione (shelf life) e che contemporaneamente fornisca informazioni sulla qualità del prodotto è uno degli obbiettivi primari della ricerca scientifica nel settore. L industria lattiero-casearia, nel caso dei prodotti a stagionatura medio-lunga, lamenta l impossibilità di monitorare lo stato di maturazione dei prodotti mediante metodi non invasivi. Attualmente il controllo è eseguito per via chimica, attraverso misure relativamente lunghe e complesse, di tipo distruttivo che non possono essere ripetute sulla medesima porzione e che causano uno spreco consistente delle quantità prodotte. Questa capacità si ripercuoterebbe nella possibilità di migliorare la qualità di prodotto, nonché minimizzare i tempi di stagionatura con un conseguente aumento del valore aggiunto. Nell ambito zootecnico, il settore della macellazione e distribuzione delle carni è soggetto ad una legislazione sempre più vincolante per la certificazione e tracciabilità del prodotto. In questo settore è strategico mettere a punto un metodo che consenta di soddisfare le suddette necessità mediante un metodo rapido e preciso, esente da possibilità di sofisticazioni o adulterazioni e che garantisca il controllo della qualità delle carni macellate lungo la filiera. L industria che commercializza prodotti agricoli con particolare riferimento alle mele, pesche ed actinidia individua come primaria necessità quella di poter marcare e quindi mantenere una rintracciabilità di prodotto dal produttore sino al consumatore. Sino ad oggi tale necessità è stata soddisfatta internamente con l ausilio di apposite etichette in plastica, preventivamente stampate. Le etichette presentano alcune limitazioni in quanto richiedono l uso di inchiostri non sempre compatibili con i prodotti alimentari. Risulta pertanto interessante poter intervenire in tale settore generando un notevole valore aggiunto soprattutto se si tiene conto della completa assenza di impatto ambientale. Settore Meccanico La competitività delle imprese che operano nel settore dei beni di largo consumo richiedono tempi di sviluppo dei nuovi prodotti sempre più contenuti nell ottica della riduzione del Time-To-Market, come pure alta qualità, riduzione dei costi e un attenzione agli aspetti d impatto ambientale come il riciclaggio dei materiali. Le priorità indicate possono trovare adeguate risposte con l adozione delle tecniche di prototipazione rapida e di rapid tooling che hanno come base di partenza il modello CAD 3D dell elemento da realizzare. Tali metodologie possono essere inoltre impiegate per la fabbricazione di stampi da destinare alla preserie produttiva alternativi a quelli in lega leggera ottenuti mediante fresatura tridimensionale

3 OBIETTIVI DI RICERCA Linee guida i Progetti di Ricerca Applicata Settore alimentare Nel settore alimentare è sempre più frequente la proposizione di nuove metodiche analitiche che siano in grado di rispondere alle esigenze di rapidità, obiettività e semplicità d uso al fine di fornire utili informazioni circa la qualità di particolari matrici alimentari. Di seguito si riportano le tecnologie che si intende sviluppare nell arco di questo progetto per soddisfare le principali esigenze riscontrate durante la fase di investigazione svolta da e per conto di TECNOGRNDA. Il monitoraggio della catena del freddo richiede due tipologie di intervento: - una dedicata al controllo puntuale all interno delle camere climatiche della temperatura in tempo reale senza dover perturbare le condizioni di equilibrio fluido termodinamico delle derrate stoccate all interno - l altra rivolta al monitoraggio dei parametri ambientali legati allo stato di conservazione della merce stoccata; per citarne qualcuno si può pensare di misurare in continuo la percentuale di O 2 /CO 2 di ogni singolo bins stipato all interno di una camera climatica. Per la soluzione di tali problematiche si è ipotizzato di applicare le micro/nano tecnologie per realizzare dei sensori in grado di rilevare la specie volatile individuata e che possa trasmettere l informazione verso un centro di intervento automatico. Due sono le considerazioni da fare a monte: - le misure qualitative e quantitative indipendentemente dalle sostanze che si vogliono determinare si basano fondamentalmente su rivelazioni elettriche o ottiche. - le sostanze da determinare possono essere volatili o non volatili. In tale direzione intendiamo applicare le nostre competenze acquisite per realizzare dispositivi elettromeccanici MEMS e NEMS che opportunamente funzionalizzati possano essere selettivi per l analita da riconoscere ed avere una elevata sensibilità. I dispositivi che proponiamo di sviluppare possono essere suddivisi in tre categorie: - ChemFET - cantilever - Sistemi Ottici di controllo E quindi sensato pensare di realizzare sensori diversi a partire da piattaforme comuni. Questo sistema modulare permette non solo di ottimizzare le risorse ma anche di avere una grande potenzialità di utilizzo.

4 La spettroscopia nel vicino infrarosso (NIR) è uno dei metodi analitici più utilizzati in campo alimentare fin dalla fine degli anni 60 (Ben-Gera & Norris, 1968). Le prime applicazioni di questa tecnica sono state principalmente legate al campo dell analisi quantitativa di parametri quali proteine, umidità, grassi, ceneri e fibra in matrici alimentari quali cereali, carni, prodotti da forno, prodotti lattiero caseari. Le sue caratteristiche di velocità e semplicità d uso ne hanno decretato il successo fin dalla fine degli anni 80 specialmente nel campo dei cereali in sostituzione di tecniche analitiche classiche (ad es. Kjeldahl per la determinazione di proteine). Negli ultimi vent anni si è poi assistito ad una crescente applicazione della spettroscopia IR come sistema di controllo applicabile direttamente in linea e sono state affiancate da tecniche rapide invasive, e non, come il naso elettronico, per determinare i cambiamenti della frazione aromatica nel corso della conservazione, tecniche di analisi dell immagine per valutare cambiamenti di forma e colore durante la conservazione. Nel campo del packaging alimentare la ricerca che si intende sviluppare è suddivisa in due filoni paralleli ma strettamente integrati: 1) il packaging intelligente (PI); 2) il packaging attivo (PA). In entrambi i casi si tratta di sistemi che hanno come obbiettivo finale quello di aumentare la sicurezza, migliorare la qualità, fornire informazioni e segnalare eventuali anomalie. L importanza del PI consiste nella possibilità di comunicare verso l esterno della confezione (ad esempio al consumatore o meglio ancora al gestore della catena di distribuzione) informazioni oggettive determinanti sulla qualità e sullo stato di conservazione dell alimento. L imballo ed il contenuto si muovono costantemente insieme durante il ciclo di vita dell alimento confezionato quindi, l involucro è il compagno migliore dell'alimento ed è nella posizione ottimale per comunicare informazioni oggettive. Secondo quando detto un imballo è "intelligente" quando ha la capacità di raccontare la storia di un prodotto (vedi tracciabilità), percepire l'ambiente all'interno o all'esterno della confezione e di comunicare con l uomo. Gli obiettivi di questa idea progettuale: 1) sviluppo di trattamenti superficiali per la deposizione di rivestimenti nanostrutturati sulla superficie di film plastici. Tali rivestimenti sono in grado di reagire a radiazioni esterne e di modificare anche cataliticamente molecole intrusive in modo da garantire una modulazione delle proprietà, anche a comando, ed una efficace e prolungata conservazione del prodotto (active packaging); 2) inserimento di sensori molecolari per rivelare deterioramento e contaminazione del contenuto (antintrusione) e di sistemi elettronici o elettro-ottici aventi la capacità di comunicare informazioni nei film multistrato (intelligent packaging). Il problema del controllo della catena del freddo (distribuzione degli alimenti surgelati) può essere ovviato mediante l introduzione nell imballo di sensori di temperatura.

5 Il problema della tracciabilità di prodotto nel settore alimentare non è solo un fattore estetico ma garantisce determinati standard di qualità, una naturale conseguenza di ciò e l aumento del valore aggiunto del prodotto. Il marchio D.O.P. dei prodotti nazionali sta divenendo sempre più una necessità. Per alcuni prodotti agricoli ed in particolare per le mele, l actinidia e le nettarine ad oggi si sta intervenendo con l applicazione di apposite etichette adesive. Il processo di calibrazione presenta una sequenza di passi che non permettono di mantenere la dello specifico conferitore della merce. Un mezzo sicuramente più efficace per garantire l origine del prodotto può essere l uso di una sorgente laser. L energia del fascio laser deve essere opportunamente collimata e focalizzata sulla superficie del prodotto alimentare da marcare, il quale, dà origine ad un marchio identificativo e personalizzato del produttore. Il marchio oltre ad identificare in modo irreversibile il produttore può dinamicamente riportare il grado di qualità del prodotto, la data di raccolta, la data consigliata per il consumo come su ogni etichetta di qualsiasi prodotto della grande distribuzione organizzata ma su un marchio indelebile e sicuro da ogni contraffazione. Questa tecnica permette di abbattere l impatto ambientale in quanto non si dovranno più applicare delle etichette in plastica, che sono potenzialmente fonte di inquinamento ed inoltre causa di annidamento batterico al disotto della stessa, senza trascurare che il marchio è sicuramente commestibile insieme alla buccia del frutto mentre non lo è sicuramente un etichetta in plastica. L etichetta che può essere direttamente incisa sulla buccia dei prodotti agricoli sopra citati è direttamente confrontabile ad un tatoo o ad una abbronzatura della pelle umana. Settore meccanico Nel settore meccanico la costante ricerca dell innovazione tecnologica non può prescindere da un corretto impiego delle tecnologie della prototipazione rapida e di rapid tooling. Nel seguito si riporta la metodologia che si intende sviluppare nell arco di questo progetto per soddisfare le principali esigenze riscontrate durante la fase di investigazione svolta da TECNOGRANDA. Fabbricazione di inserti per stampi di preserie per l iniezione dei polimeri con la tecnica di rapid tooling basata sul Direct Metal Laser Sintering Le attività di ricerca che si intende sviluppare sono articolate nelle seguenti fasi: 1. Progettazione innovativa dello stampo: questa prevede la divisione dello stampo in una struttura convenzionale di supporto e in una serie di inserti maschio/femmina che determinano la figura da riempire. La struttura convenzionale verrà approvvigionata sul mercato e nella stessa verranno ricavate mediante fresatura le sedi per l inserimento degli inserti ottenuti mediante sinterizzazione laser; 2. Realizzazione del prototipo definitivo: per verificare gli ultimi dettagli del processo verrà realizzato, partendo dal suo modello CAD 3D, il prototipo funzionale definitivo del componente stampato. Nel caso di un elemento in plastica verrà impiegata la sinterizzazione selettiva laser con l impiego di una

6 polvere di poliammide (nylon), per un elemento in lega leggera il prototipo verrà ealizzato sempre in sinterizzazione utilizzando la miscela bronzo nichel; 3. Fabbricazione degli inserti sinterizzati: la produzione degli inserti maschio/femmina avverrà sul sinterizzatore EOSINT M250Xt. Tale sistema è in grado di realizzare qualsiasi geometria partendo dal file STL mediante sinterizzazione di miscele di bronzo nichel o acciaio proprietarie, comprese pareti sottili e cavità che con il metodo tradizionale richiederebbero una serie di elettrodi in rame. Gli inserti prodotti sono completi del canale di iniezione, dei fori per gli estrattori e dei canali di raffreddamento che possono essere conformati attorno alla figura per migliorare l efficienza del condizionamento dello stampo; 4. Completamento dello stampo: tale fase prevede la pallinatura e l eventuale rivestimento PVD degli inserti sinterizzati e l installazione nella struttura convenzionale di supporto. Il rivestimento PVD (Physical Vapour Deposition) verrà effettuato in collaborazione con Clean NT Lab di Environment Park di Torino, per migliorare le prestazioni superficiali. Il trattamento PVD permetterà di innalzare le prestazione degli inserti sinterizzati, azzerando le differenze rispetto ai materiali utilizzati nella fabbricazione degli stampi tradizionali; 5. Valutazione degli inserti sinterizzati: le prestazioni degli inserti sinterizzati saranno valutati in termini di tolleranze dimensionali e di forma, durezza e morfologia della superficie; 6. Stampaggio dei particolari: la fase prevede l installazione dello stampo completo sulla pressa a iniezione nel caso della realizzazione di componenti in materiale polimerico. Tale fase di ricerca permetterà di individuare le potenzialità degli stampi così realizzati in termini di capacità produttiva. Le attese sono: a. fino a elementi in plastica con gli inserti in Direct Metal 20; b. fino a elementi in plastica con gli inserti in Direct Steel Valutazione dei componenti stampati: tramite il prelievo a campione statistico dei componenti stampati verranno valutate le tolleranze dimensionali per determinare la stabilità degli stampi prodotti al procedere della produzione. Si stima che la metodologia proposta, una volta messa a punto nei suoi dettagli, richiederà un tempo compreso tra le 3 e le 5 settimane lavorative per essere completata e deve essere considerata come uno strumento operativo che permette al progettista frequenti modifiche dello stampo con cicli di iterazione rapidi e garantisce contemporaneamente alta efficienza di stampaggio per assicurare qualità, produttività e redditività. Grazie infine all elevata flessibilità geometrica e all ampia libertà progettuale rende possibile le soluzioni tecniche anche più complesse e difficili da ottenere con lavorazioni convenzionali ad asportazione di materiale.