Il WP3 Meta-strutture ha approfondito gli approcci per la modellazione, i metodi di qualifica sperimentale e alcune potenziali applicazioni in ambito industriale dei nuovi Metamateriali e Functionally Graded Materials (FGM), classe di materiali cellulari caratterizzati da struttura e morfologia che determinano proprietà meccanico-funzionali diverse da quelle dei materiali di base. La progettazione e la produzione di un oggetto in Metamateriali o FGM (promettente con tecniche di AM) richiedono competenze disciplinari diverse, come la scienza dei materiali, la progettazione e la produzione e la messa a punto di strumenti innovativi. Per la gestione delle informazioni e delle conoscenze per la scelta e l’utilizzo degli FGM è stata formalizzata una ontologia dedicata.
Gli ingegneri dei materiali sono generalmente incaricati di progettare il materiale (ad esempio, studiare come due diversi materiali primari possono essere combinati per ottenere un FGM stabile); i progettisti utilizzano i risultati precedenti per conferire funzionalità speciali a specifiche parti e, infine, gli ingegneri di produzione impostano le procedure e i parametri ottimali per la loro realizzazione. Le informazioni rilevanti per ciascun attore di questo processo complesso sono differenti. Gli strumenti e le modalità con le quali i dati vengono archiviati, ritrovati e resi disponibili non sono gli stessi. Inoltre, tutti gli agenti coinvolti nel processo, siano essi esseri umani o macchine, hanno bisogno di accedere alle informazioni sui FGM in modo rapido, inequivocabile e integrato con gli strumenti a cui sono abituati. Le ontologie, che permettono di organizzare le informazioni dai precedenti tre punti di vista e le organizzano semanticamente, possono servire efficacemente a questo scopo.
Uno schema ontologico è stato applicato alla gestione delle informazioni relative a tre diversi aspetti convolti nella fabbricazione di FGM (Fig1 - Schema ontologico messo a punto per FGM):

• informazioni di prodotto
• descrizione del materiale funzionalizzato
• descrizione del processo di manifattura

Una parte dell'attività di ricerca si è dedicata allo sviluppo di modelli di calcolo omogeneizzati in grado di aggirare l’impossibilità pratica di svolgere analisi ad elementi finiti di dettaglio, in particolare considerando la resistenza statica di un metamateriale ottenuto per SLM in AlSi0Mg. Il tema è stato quindi affrontato numericamente, dopo aver calibrato un appropriato modello di danneggiamento per il materiale base sulla base di prove sperimentali a trazione. L’utilizzo del modello di danneggiamento per prevedere la rottura dei materiali lattice è stato validato confrontando i risultati di test sperimentali a trazione e compressione realizzati su campioni in lattice con la rispettiva previsione numerica, eseguita su modelli con geometria as-built ricostruita da tomografia. Il confronto mostra un’ottima correlazione (Fig2,3 - Esperimenti su metamateriali costituiti da lattice e previsione computazionale del cedimento). I domini di resistenza a rottura e a snervamento sono descritti con un buon livello di approssimazione da criteri per materiali compositi anisotropi.
Sono stati sviluppati modelli di qualifica specifica delle caratteristiche termiche e meccaniche, validati sperimentalmente su provini rappresentativi di componenti per applicazioni meccaniche e spaziali, applicando approcci di controllo non distruttivo basati su metodi elettromagnetici e soluzioni VR/AR (realtà virtuale e aumentata) per la visualizzazione di difetti e analisi di eventuali disomogeneità attraverso la tomografia (Fig4,5 - Ambiente VR per la visualizzazione di strutture complesse tridimensionali).
Le proprietà delle meta-strutture sono state sfruttate per sviluppare dei dimostratori, tra cui un pannello fono-riflettente, una di sospensione di autoveicolo McPherson con strutture ibride polimero-metallo (parte polimerica mediante tecnologia additiva, Fig6 - Braccio sospensione ibrido polimero-metallo, Fig7 - Inserto metallico) ed un componente spaziale (Fig8 - Soluzione proposta per la realizzazione del supporto isostatico, Fig.9 dimostratore ottenuto per stampa additiva), facendo uso di strumenti di calcolo avanzati messi a punto durante la ricerca.