GRUPPO DI STUDIO TECNOLOGIEMECCANICHE  IL SINCROTRONE GETTA UNA NUOVA LUCESULLE CRITICITA’ DI MATERIALI E COMPONENTI      ...
Il sincrotrone getta una nuova luce sulle criticità                               di materiali e componenti               ...
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Attività di Trasferimento tecnologico     !  Un ampio spettro di                      !  Collaborazione in progetti di    ...
Attività di Trasferimento tecnologico                                          Come lavoriamo       1.  Discussione delle ...
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Microfabbricazione con luce di sincrotrone                          Litografia Profonda con la tecnica LIGA14 Sincrotrone ...
Microfabbricazione con luce di sincrotrone                                       Microfluidica                            ...
Microfabbricazione con luce di sincrotrone                                    Micromeccanica                              ...
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Tecniche di analisi chimica con luce di sincrotrone                              Corrosione / erosione       Particolato s...
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La Tomografia con luce di sincrotrone            Visualizzazioni ad alta risoluzione spaziale ed in contrasto             ...
La tecnica: Imaging con raggi X                            !        Raggi X convenzionali                        !        ...
La tecnica26 Sincrotrone Trieste SCpA
La tecnica                                           Acquisizione proiezioni      Ricostruzione assiale (slices)27 Sincrot...
La tecnica: Parametri fondamentali                                 Dimensioni           Oggetto                           ...
La tecnica: Layout degli strumentiSorgente                                   RivelatoreEnergia                            ...
Esempio:                            Ispezioni Confronto ottico / raggi X            Il microscopio ottico ha un campo di v...
Esempi:                                      Ispezioni vele hi-tech                                                       ...
Esempio:                                Difetti da usura nei tessuti               Caratterizzazione di tessuti poco assor...
Esempio:                       Struttura interna schiume polimeriche Poliuretano                                          ...
Esempio                          Schiuma polimerica – Compressione    Direzione di    compressione                        ...
Esempio:                         Schiuma polimerica – Compressione                                                    0%  ...
Esempio:                              Schiume rinforzate con metalli                                          Fino a +340%...
Ispezioni/Esempio                                   Fratture nei metalli     Ricostruzione di cricche di fatica     multia...
Ispezioni/Esempio                              Fratture nei metalli38 Sincrotrone Trieste SCpA                          Co...
Esempio                                                  Controlli di qualitá                                Attacco metal...
Esempio                                           Controlli di qualitá                         3--/#4-56-.+.7#            ...
Celle Combustibile          Membrane Electrode Assembly                                                             1 mm  ...
Criticità di processi e        prodottiProblematiche tipiche del settore   elettronico e meccatronico                     ...
Contesto operativoL’analisi dei modi e della cause di guasto potrebbe essere fatta dal fornitore delprodotto e/o processo ...
Processo di saldaturaVerifica Rx uniformità ed                   Verifica migrazione ionica su   integrità saldature      ...
Processo di saldaturaVerifica presenza                         Rx non evidenzia la mancatacontaminanti ambientali e       ...
Guasti alla componentisticaComportamento inner layers                                  Rx evidenzia penetrazione contamina...
Guasti alla componentisticaRx dice componente. Si notano         Sezione della zona di breakdown nelsoldering voids dovuti...
MeccatronicaNell’integrazione delle applicazioni non si possono più scindere a livello di prodottoproblematiche meccaniche...
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Atti della conferenza sulle possibili applicazioni della luce di sincrotrone all'industria.

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Atti della conferenza "IL SINCROTRONE GETTA UNA NUOVA LUCE SULLE CRITICITA’ DI MATERIALI E COMPONENTI".

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Atti della conferenza sulle possibili applicazioni della luce di sincrotrone all'industria.

  1. 1. GRUPPO DI STUDIO TECNOLOGIEMECCANICHE IL SINCROTRONE GETTA UNA NUOVA LUCESULLE CRITICITA’ DI MATERIALI E COMPONENTI Relatori:Dott. Marco PELOI, Dott. Diego DREOSSI, Dott.ssa Cristina MODOLO Giovedì 30 giugno 2011 Ore 18.00 Centro Produttività Veneto - Fondazione Giacomo Rumor Area Gruppi di Studio
  2. 2. Il sincrotrone getta una nuova luce sulle criticità di materiali e componenti Cristina Modolo Marco Peloi Diego Dreossi Contact: Industrial Liaison Office - ilo@elettra.trieste.it Website: ilo.elettra.trieste.it1 Sincrotrone Trieste SCpA
  3. 3. Indice dei Contenuti !  Sincrotrone Trieste S.C.p.A. !  La Tomografia con luce di sincrotrone: !  La societa’ !  La tecnica !  Il Laboratorio Elettra !  Potenzialità !  Come funziona un Sincrotrone !  Esempi Applicativi: !  Attività di Trasferimento Tecnologico •  Tessuti leggeri •  Schiume polimeriche !  Microfabbricazione con luce di •  Fratture nei metalli sincrotrone •  Dispositivo Biomedicale !  Microfluidistica, Micromeccanica •  Componenti elettronici •  Celle combustibili !  Tecniche di analisi chimica con luce di sincrotrone !  Corrosione / erosione !  Micro-analisi Spettrometrica difetti negli OLED !  Micro-analisi Spettrometrica - Analisi dei contaminanti !  Nanotubi !  Infrarosso2 Sincrotrone Trieste SCpA
  4. 4. Sincrotrone Trieste S.C.p.A. Società Consortile di Interesse Nazionale riconosciuta dalla legge 370/99 dello Stato Italiano, i cui soci sono Area Science Park, Regione FVG, CNR, Invitalia. La societa’ gestisce due laboratori per un totale di circa 400 dipendenti: Elettra FERMI@Elettra •  acceleratore di particelle il terzo laser ad elettroni liberi •  costruito nel 1993 al mondo che consentirà di •  specializzato nell’analisi profonda analizzare processi ultraveloci per dei materiali svelare il comportamento Operativo dal 2011, Progetto Bandiera nel dinamico dei materiali. PNR 2011-2013 La Missione e’ promuovere la crescita culturale e socio/economica attraverso: •  La ricerca di base ed applicata nei campi di rilievo •  La formazione tecnica e scientifica •  Il trasferimento tecnologico e della conoscenza3 Sincrotrone Trieste SCpA
  5. 5. Cosa offre oggi Sincrotrone Trieste - Elettra - 10 Laboratori di supporto Linee di Luce: Soft X-Ray Optics, Hard X-Ray Optics, 23 operative, 2 in costruzione, 1 linea FEL Instrumentation and Detectors, Surface Science, Workshop for Beamline support, Structural Biology, Interdisciplinary Lithography, Microscopy Laboratory, Soft X- Ray Polarimetry, Multilayers4 Sincrotrone Trieste SCpA
  6. 6. Come funziona un SincrotroneElettra è un potente microscopio che utilizza un particolare tipo di radiazione, la“luce di Sincrotrone” per effettuare misure ed analisi dei materiali. Linea di luce Linea di luce •  24 Linee di Luce Linea di luce •  5000 ore luce/anno Sincrotrone Booster anello di accumulazione •  Piu’ di 1000 Utenti, provenienti da piu’ di 25 Paesi Linea di Stazione Linea di luce luce di misura Linea di luce5 Sincrotrone Trieste SCpA
  7. 7. Come funziona un Sincrotrone Insertion Devices and Bending magnet Bending magnet Insertion devices (straight sections) Undulator Wiggler6 Sincrotrone Trieste SCpA
  8. 8. Come funziona un Sincrotrone Caratteristiche della luce !  Possibilità di scegliere la lunghezza d’onda in base al materiale da esaminare !  Luce intensa, che permette misure estremamente rapide !  Luce fortemente collimata e coerente Elettra7 Sincrotrone Trieste SCpA
  9. 9. Come funziona un Sincrotrone La luce come sonda e strumento8 Sincrotrone Trieste SCpA
  10. 10. Come funziona un Sincrotrone La luce come sonda e strumento Scala spaziale Scala temporale attoseconds9 Sincrotrone Trieste SCpA
  11. 11. Attività di Trasferimento tecnologico !  Un ampio spettro di !  Collaborazione in progetti di competenze: Fisica, Chimica, R&D su innovazione e Meccanica, Biologia, IT etc.. miglioramento: !  Processi !  Tecnologie “leading edge” !  Prodotti !  Laboratori, beamlines etc… !  Servizi di Analisi chimiche e !  Diversi settori applicativi: strutturali dei materiali Materiali High tech, Micro e Nanotecnologie, Chimica e Catalisi, !  Microfabbricazione Medicina e Diagnostica, etc…10 Sincrotrone Trieste SCpA
  12. 12. Attività di Trasferimento tecnologico Come lavoriamo 1.  Discussione delle esigenze cliente 2.  Scouting interno delle competenze disponibili 3.  Elaborazione Studio di Fattibilità 4.  Presentazione soluzioni possibili e proposta commerciale11 Sincrotrone Trieste SCpA11
  13. 13. Attività di Trasferimento tecnologico Come lavoriamo !  Il primo test di fattibilità è “free of charge” !  Quotazione con costs analysis !  Le attività sono organizzate con una struttura a progetto !  Costante condivisione dei risultati e Report finale !  Confidenzialità12 Sincrotrone Trieste SCpA
  14. 14. Indice dei Contenuti !  Sincrotrone Trieste S.C.p.A. !  La Tomografia con luce di sincrotrone: !  La societa’ !  La tecnica !  Il Laboratorio Elettra !  Potenzialità !  Come funziona un Sincrotrone !  Esempi Applicativi: !  Attivita’ di Trasferimento Tecnologico •  Tessuti leggeri •  Schiume polimeriche !  Microfabbricazione con luce di •  Fratture nei metalli sincrotrone •  Dispositivo Biomedicale !  Microfluidistica, Micromeccanica •  Componenti elettronici •  Celle combustibili !  Tecniche di analisi chimica con luce di sincrotrone !  Corrosione / erosione !  Micro-analisi Spettrometrica difetti negli OLED !  Micro-analisi Spettrometrica - Analisi dei contaminanti !  Nanotubi !  Infrarosso13 Sincrotrone Trieste SCpA
  15. 15. Microfabbricazione con luce di sincrotrone Litografia Profonda con la tecnica LIGA14 Sincrotrone Trieste SCpA
  16. 16. Microfabbricazione con luce di sincrotrone Microfluidica Fabbricazione di Micro ElectroMechanical Systems (MEMS) per “nanotrapping” e manipolazione di macromolecole15 Sincrotrone Trieste SCpA
  17. 17. Microfabbricazione con luce di sincrotrone Micromeccanica Campi di applicazione: - Tecnologia per sensori e attuatori - Tecnologia spaziale e automotive - Chirurgia non invasiva - Rilascio di medicinali16 Sincrotrone Trieste SCpA
  18. 18. Indice dei Contenuti !  Sincrotrone Trieste S.C.p.A. !  La Tomografia con luce di sincrotrone: !  La societa’ !  La tecnica !  Il Laboratorio Elettra !  Potenzialità !  Come funziona un Sincrotrone !  Esempi Applicativi: !  Attivita’ di Trasferimento Tecnologico •  Tessuti leggeri •  Schiume polimeriche !  Microfabbricazione con luce di •  Fratture nei metalli sincrotrone •  Dispositivo Biomedicale !  Microfluidistica, Micromeccanica •  Componenti elettronici •  Celle combustibili !  Tecniche di analisi chimica con luce di sincrotrone !  Corrosione / erosione !  Micro-analisi Spettrometrica difetti negli OLED !  Micro-analisi Spettrometrica - Analisi dei contaminanti !  Nanotubi !  Infrarosso17 Sincrotrone Trieste SCpA
  19. 19. Tecniche di analisi chimica con luce di sincrotrone Corrosione / erosione Particolato sospeso in impianto di raffreddamento d’acqua18 Sincrotrone Trieste SCpA
  20. 20. Tecniche di analisi chimica con luce di sincrotrone Micro-analisi Spettrometrica difetti negli OLED Al In Pixel neri negli OLED 64 µm Al2p Aumento la tensione per arrivare alla rottura In Al19 Sincrotrone Trieste SCpA
  21. 21. Tecniche di analisi chimica con luce di sincrotrone Micro-analisi Spettrometrica - Analisi dei contaminanti Presenza di metalli nelle foglie del the +,(-.+#/(#0.1#2-%"(1# *# )# *# !" # $%# ( # &#20 Sincrotrone Trieste SCpA
  22. 22. Tecniche di analisi chimica con luce di sincrotrone: Nanotubi CNTs grown on substrates: SiC Nanoparticles Fe/Al2O3 Nanoparticles Fe/SiO2 ITO/glass21 Sincrotrone Trieste SCpA
  23. 23. Tecniche di analisi chimica con luce di sincrotrone Beamline SISSI – Infrarosso - Analisi di filati Collaborazione tra Sincrotrone Trieste e Carvico SPA. Lobiettivo dellattività di ricerca condotta nel corso del primo anno di attività era quello di ottimizzare il processo di produzione ed in particolare garantire una qualità ancora più elevata del prodotto al cliente finale. Utilizzo di tecniche di analisi spettroscopica nel vicino e medio infrarosso sui filati per comprenderne le proprietà e valutare la reazioni a determinate lavorazioni. ! Grazie ai risultati ottenuti è stato possibile selezionare dei parametri di lavaggio solvente più efficienti che permetteranno allazienda di ottenere un maggior risparmio energetico.22 Sincrotrone Trieste SCpA
  24. 24. Indice dei Contenuti !  Sincrotrone Trieste S.C.p.A. !  La Tomografia con luce di sincrotrone: !  La societa’ !  La tecnica !  Il Laboratorio Elettra !  Potenzialità !  Come funziona un Sincrotrone !  Esempi Applicativi: !  Attivita’ di Trasferimento Tecnologico •  Tessuti leggeri •  Schiume polimeriche !  Microfabbricazione con luce di •  Fratture nei metalli sincrotrone •  Dispositivo Biomedicale !  Microfluidistica, Micromeccanica •  Componenti elettronici •  Celle combustibili !  Tecniche di analisi chimica con luce di sincrotrone !  Corrosione / erosione !  Micro-analisi Spettrometrica difetti negli OLED !  Micro-analisi Spettrometrica - Analisi dei contaminanti !  Nanotubi !  Infrarosso23 Sincrotrone Trieste SCpA
  25. 25. La Tomografia con luce di sincrotrone Visualizzazioni ad alta risoluzione spaziale ed in contrasto sia planari sia volumetriche "  R&D – Struttura dei materiali, Sviluppo di nuovi materiali "  Ispezioni/Esempio - Inclusioni, Cracks, Porositá, Controlli di qualitá, Ottimizzazione di processo "  Reverse Engineering - Rapid Prototyping, Surface Rendering, CAD, Drawing and Design "  Metrologia "  3D Modeling24 Sincrotrone Trieste SCpA
  26. 26. La tecnica: Imaging con raggi X ! Raggi X convenzionali ! Raggi X Elettra Contrasto di fase ad Elettra!25 Sincrotrone Trieste SCpA
  27. 27. La tecnica26 Sincrotrone Trieste SCpA
  28. 28. La tecnica Acquisizione proiezioni Ricostruzione assiale (slices)27 Sincrotrone Trieste SCpA
  29. 29. La tecnica: Parametri fondamentali Dimensioni Oggetto Composizione "  Risoluzione Spaziale "  Risoluzione in contrasto "  Campo di vista "  Tempo di acquisizione28 Sincrotrone Trieste SCpA
  30. 30. La tecnica: Layout degli strumentiSorgente RivelatoreEnergia Convertitore: efficienza, risoluzione spazialeCorrente Pixel: risoluzione spaziale, SNR, FOVMacchia focale Range dinamico, DAQ timeStabilitá Magnificazione Flusso x-ray Penumbra FOV PhC 29 Sincrotrone Trieste SCpA
  31. 31. Esempio: Ispezioni Confronto ottico / raggi X Il microscopio ottico ha un campo di vista limitato e non permette di vedere dentro il tessuto Microscopio ottico Microscopio raggi X Microscopio ottico A riflessione Elettra A trasmissione Area ~ 2.4 x 1.8 mm230 Sincrotrone Trieste SCpA
  32. 32. Esempi: Ispezioni vele hi-tech Basalto Carbonio 3 mm Mylar Bolle d’aria Radiografia in contrasto di fase di vela in sandwich di Mylar con inserti in fibra di carbonio e basalto31 Sincrotrone Trieste SCpA
  33. 33. Esempio: Difetti da usura nei tessuti Caratterizzazione di tessuti poco assorbenti o composti da elementi leggeri come H e C, che risultano trasparenti microscopia convenzionale ~1.2 x 1.2 mm232 Sincrotrone Trieste SCpA
  34. 34. Esempio: Struttura interna schiume polimeriche Poliuretano 1 mm Slices! Ricostruzione3D del campione ! (15.4 x 13.4 x 5.1) mm3! Pixel size 14 micron33 Sincrotrone Trieste SCpA
  35. 35. Esempio Schiuma polimerica – Compressione Direzione di compressione 0% 11.5% Piano dell’Immagine 23% 35.5%34 Sincrotrone Trieste SCpA
  36. 36. Esempio: Schiuma polimerica – Compressione 0% 11.5% Rendering di alcune slices Direzione di compressione Piano dell’Immagine 23% 35.5%35 Sincrotrone Trieste SCpA
  37. 37. Esempio: Schiume rinforzate con metalli Fino a +340% nel modulo elastico Sorrentino, Journal of Applied Science, 201136 Sincrotrone Trieste SCpA
  38. 38. Ispezioni/Esempio Fratture nei metalli Ricostruzione di cricche di fatica multiassiale in provini di Alluminio37 Sincrotrone Trieste SCpA Cosmi Bernasconi
  39. 39. Ispezioni/Esempio Fratture nei metalli38 Sincrotrone Trieste SCpA Cosmi Bernasconi
  40. 40. Esempio Controlli di qualitá Attacco metallico per un dispositivo biomedicale44 Sincrotrone Trieste SCpA
  41. 41. Esempio Controlli di qualitá 3--/#4-56-.+.7# 81/#4-56-.+.7#40 Sincrotrone Trieste SCpA
  42. 42. Celle Combustibile Membrane Electrode Assembly 1 mm Visualizzazione di liquido all’interno delle serpentine41 Sincrotrone Trieste SCpA
  43. 43. Criticità di processi e prodottiProblematiche tipiche del settore elettronico e meccatronico Vicenza 30 Giugno 2011 Ing. A. Cecchetto (GAU – Gruppo automazione e conversione dell’energia)
  44. 44. Contesto operativoL’analisi dei modi e della cause di guasto potrebbe essere fatta dal fornitore delprodotto e/o processo sotto esame.Ma, in più di qualche caso si richiede: richiede•Approccio di ente terzo al problema sotto analisi•Rapidità nell’avere i risultati•Certificazione delle prove e dei risultati (anche autorevolezza, immagine, …)Per le PMI non si tratta sempre di semplici attività da gestire.Valutazioni:Valutazioni•Costo/beneficio delle attività di analisi (Analisi economica, valutazione rischio, …)•Studiare se ci sono problematiche comuni a gruppi di imprese (Es. validazioni prodotti eprocessi)
  45. 45. Processo di saldaturaVerifica Rx uniformità ed Verifica migrazione ionica su integrità saldature leghe (PCB NiAu, finitura componente Sn, lega SAC)
  46. 46. Processo di saldaturaVerifica presenza Rx non evidenzia la mancatacontaminanti ambientali e saldatura, ma di fatto mancacontaminazione da materiali continuità Ohmmica. Unadi processo (es. flussanti) sezione meccanica altera condizioni.
  47. 47. Guasti alla componentisticaComportamento inner layers Rx evidenzia penetrazione contaminanti a livello diPCB sotto schock termici (288°C die del chip sotto esame. Occorre analisi tipologiaper 10 s). Normalmente analisi ed analisi struttura protettiva case.in condizioni “statiche”.
  48. 48. Guasti alla componentisticaRx dice componente. Si notano Sezione della zona di breakdown nelsoldering voids dovuti ad punto di rottura. Stesso componenteextratemperature conseguenza dell’immagine a sinistra.del guasto
  49. 49. MeccatronicaNell’integrazione delle applicazioni non si possono più scindere a livello di prodottoproblematiche meccaniche da elettroniche.Alcuni esempi:•Interazioni trattamenti superficiali metalli con parti elettroniche.•Composizione carpenterie plastiche con funzioni schermanti.•Affidabilità meccanica ed elettronica devono avere lo stesso ordine di grandezza.Se poi si inizia a lavorare nel mondo delle nanotecnologie, gli strumenticonvenzionali di analisi non sempre sono idonei allo scopo.Tribologia Nanotribologia.
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