Dai condotti ai raccordi, dagli articoli sportivi alle protesi: la tecnologia sviluppata da Gianluca Cicala e Claudio Tosto combina materiali polimerici e stampa 3D per facilitare la realizzazione di manufatti cavi
Realizzare componenti leggeri, resistenti e dalle geometrie complesse, semplificando uno dei passaggi più delicati della loro produzione: la rimozione dell’attrezzatura utilizzata per formarli. Dai condotti ai raccordi in materiale composito, fino agli articoli sportivi, alle protesi e alle strutture impiegate in ambito automotive e motorsport, sono numerose le possibili applicazioni di una tecnologia sviluppata all’Università di Catania che punta a rendere più flessibili ed efficienti i processi produttivi.
Alla base dell’innovazione c’è un mandrino interno realizzato mediante stampa 3D, progettato per garantire la necessaria rigidità durante la lavorazione e modificare in modo controllato il proprio comportamento nelle fasi successive, fino a facilitarne l’estrazione senza danneggiare il componente finito. La tecnologia, sviluppata dai professori Gianluca Cicala e Claudio Tosto del Dipartimento di Ingegneria industriale Civile e Architettura, è stata brevettata in Italia nel dicembre 2025 e recentemente pubblicata anche negli Stati Uniti.
Il principio alla base dell’invenzione è la progettazione congiunta del materiale e del processo produttivo. Una formulazione polimerica messa a punto in laboratorio permette infatti di modulare il comportamento termo-meccanico dell’attrezzatura in funzione delle diverse fasi di lavorazione, ricercando il giusto equilibrio tra stabilità geometrica, rigidezza e deformabilità. L’obiettivo non è soltanto realizzare un mandrino innovativo, ma superare alcuni dei limiti che possono rendere complessa la produzione di manufatti cavi in materiale composito, soprattutto quando sono richieste geometrie articolate e un’elevata precisione.
Gianluca Cicala e Claudio Tosto con il mandrino realizzato in 3D
Dalla progettazione dei materiali alla soluzione tecnologica
L’idea ha preso forma durante il percorso di dottorato di Claudio Tosto, sviluppato a stretto contatto con il settore dei compositi ad alte prestazioni e con il mondo del motorsport. In questi ambiti, leggerezza, precisione, complessità geometrica e riduzione dei tempi di produzione rappresentano requisiti fondamentali. Da qui la scelta di ripensare uno degli elementi centrali nella realizzazione di strutture cave in composito: il mandrino interno, sul quale vengono disposti e laminati gli strati di materiale che formeranno il componente, per esempio in fibra di carbonio, e che deve successivamente essere rimosso dal manufatto finito.
«Il problema era ottenere comportamenti diversi dallo stesso componente nelle diverse fasi del processo», spiega Claudio Tosto. «Durante la laminazione il mandrino deve offrire un supporto rigido e geometricamente stabile; durante il ciclo di reticolazione deve continuare a svolgere la propria funzione di attrezzatura interna, contribuendo anche alla compattazione del laminato; al termine del processo deve invece poter essere portato in una condizione che ne consenta la deformazione controllata e l’estrazione senza danneggiare il composito».
La soluzione sviluppata a Catania parte dalla progettazione del materiale. La messa a punto della formulazione polimerica consente di modulare il comportamento del mandrino nelle diverse fasi del processo produttivo, intervenendo sulle proprietà del materiale per ottenere le prestazioni richieste in ciascun momento. La chimica della formulazione diventa così uno strumento della progettazione ingegneristica: composizione, proprietà, processo di trasformazione e prestazione finale vengono considerati congiuntamente, secondo l’approccio proprio della scienza e tecnologia dei materiali.
Il mandrino viene realizzato mediante stampa 3D fotopolimerica. La manifattura additiva permette di adattare rapidamente l’attrezzatura alla geometria del componente e di integrare direttamente riferimenti o elementi funzionali difficili da ottenere con tecniche tradizionali. Il percorso di sviluppo ha incluso il confronto tra differenti tecnologie e materiali di stampa, oltre alla realizzazione di dimostratori destinati a verificare il processo su geometrie cave complesse.
«È un risultato che rappresenta bene il modo in cui affrontiamo la ricerca sui materiali nel nostro laboratorio», aggiunge Gianluca Cicala. «Si parte da un problema tecnologico e si mettono insieme competenze sui materiali, sui processi e sulla manifattura per costruire una soluzione. Formulazione polimerica, additive manufacturing e tecnologie dei compositi non sono attività separate, ma parti dello stesso percorso di progettazione».
Un momento della presentazione a Sampe Europe 2026
Dalle strutture cave alle applicazioni industriali
Una delle esperienze attraverso cui la tecnologia è stata successivamente sperimentata è maturata nell’ambito di TiSENTO, «Tubo in composito SENsorializzaTO per applicazioni idrauliche», progetto di ricerca del POC Sicilia 2014-2020 al quale ha partecipato anche l’Università di Catania. In questo contesto, l’unità catanese ha lavorato alla progettazione di tubi e sistemi di raccordo in composito, alla caratterizzazione dei materiali e allo sviluppo di tecnologie produttive per la realizzazione di parti cave.
Le prospettive applicative riguardano, più in generale, tutti i settori nei quali è necessario produrre componenti cavi, leggeri e caratterizzati da geometrie complesse. Tra questi figurano il motorsport e l’automotive, gli articoli sportivi e alcune applicazioni in ambito protesico, oltre alle produzioni nelle quali la rimozione dell’attrezzatura interna costituisce ancora un limite tecnologico. La possibilità di progettare un mandrino capace di adattare il proprio comportamento alle diverse fasi della lavorazione può contribuire a rendere più agevole la realizzazione di manufatti complessi e ad ampliare le soluzioni disponibili per la produzione di strutture composite.
Il confronto internazionale a Sampe Europe 2026
La tecnologia è stata presentata a SAMPE Europe 2026 - Society for the Advancement of Material and Process Engineering con il contributo scientifico “A Reusable Additive Manufactured Collapsible Mandrel for Hollow Composite Production”. L’appuntamento si è svolto a Lecce nell’ambito della conferenza organizzata dalla Society for the Advancement of Material and Process Engineering, dedicata quest’anno al tema “The Future of Advanced & Sustainable Composites”.
L’edizione ha segnato il ritorno della conferenza in Italia dopo circa quindici anni e ha riunito 320 partecipanti provenienti da 23 Paesi, con oltre 150 contributi tra presentazioni orali e poster. Sostenibilità, automazione e intelligenza artificiale sono stati alcuni dei temi centrali del programma, affiancati da una significativa presenza industriale: oltre 30 aziende sponsor ed espositrici e numerose realtà internazionali attive nel settore dei materiali e dei processi per i compositi.
Il programma ha previsto anche visite tecniche a siti produttivi e centri di ricerca del territorio, tra cui Avio Aero, Vestas, CETMA ed ENEA. Per il gruppo dell’Università di Catania, la partecipazione ha rappresentato un’occasione di confronto con una comunità scientifica e industriale impegnata quotidianamente nelle sfide legate alle attrezzature di produzione, all’industrializzazione dei processi, all’automazione, alla riduzione dei tempi e alla realizzazione di strutture composite complesse.
La tecnologia, già brevettata in Italia, è stata recentemente pubblicata anche negli Stati Uniti, dove è attualmente in corso l’iter per la concessione del brevetto. Il percorso di valorizzazione proseguirà nel mese di ottobre a Bucarest, nell’ambito della Central and Eastern European Conference on Physical Chemistry & Materials Science (CEEC-PCMS3), e successivamente alla Maker Faire Rome – The European Edition, dove l’innovazione sarà presentata a un pubblico più ampio interessato alla ricerca, alla manifattura e al trasferimento tecnologico.