Da oltre 30 anni, l'Istituto Fraunhofer per la tecnologia laser ILT sta plasmando la produzione additiva metallica con innovazioni di sistema e di processo all'avanguardia. Alla Formnext dal 18 al 21.11.2025, l'Istituto Laser presenterà nel padiglione 11, stand D31, il suo ampio portafoglio orientato alle principali sfide del settore, che riduce i costi, risparmia lavoro di rifinitura e rende i componenti più robusti: da componenti in tungsteno ad alta resistenza e approcci multi-materiale per componenti estremamente sollecitati in applicazioni di fusione, a processi di rivestimento e lavorazione finale simultanei ad alta produttività che risparmiano tempo ed energia, fino a strutture intelligenti come sensori stampati che rendono i componenti metallici "smart".
«Indipendentemente che si tratti di un dimostratore o di una serie, l'obiettivo degli sviluppi presso il Fraunhofer ILT è di solito quello di progettare processi più rapidi e robusti e di garantire la qualità dei componenti», spiega il Dr. Tim Lantzsch, responsabile del dipartimento di Laser Powder Bed Fusion (LPBF) presso il Fraunhofer ILT.
I campioni alla Formnext 2025 evidenziano l'approccio lungo l'intera catena di processo: un involucro di distribuzione Al-Sc per celle a combustibile, un supporto ottico realizzato con LPBF per satelliti, un sistema di prova LCoS da 2 kW per profili di fascio liberamente deformabili e strutture LPBF con porosità regolabile.
Nel Selective Laser Sintering (SLS), l'accento è posto sullo sviluppo del processo per nuovi materiali. Gli impianti di laboratorio flessibili presso il Fraunhofer ILT possono già elaborare quantità minime di polvere, ad esempio poliuretani termoplastici (TPU) molto morbidi e polimeri a memoria di forma. L'obiettivo è controllare in modo mirato le proprietà e determinare parametri robusti per nuove applicazioni e per la produzione in serie.
«Pensiamo alla produzione additiva partendo dalla funzione del componente, collegando materiale, processo e dati, riducendo i costi per pezzo e aumentando qualità e disponibilità. Ci consideriamo risolutori di problemi e sviluppatori di processi dall'idea alla produzione stabile presso il partner industriale», ha aggiunto Lantzsch.
Componenti in tungsteno per l'energia da fusione
I componenti esposti al plasma nei reattori a fusione, come il rinforzo della parete del reattore, devono resistere a carichi termici ciclici fino a circa 20 MW/m² e a forti radiazioni. Per queste condizioni estreme, praticamente solo il tungsteno puro è adatto. Finora, tuttavia, il materiale impone geometrie semplici e giunzioni complesse. La diversa espansione termica provoca il fallimento delle connessioni saldate sotto cicli termici, compromettendo la durata e la disponibilità degli impianti.
Il progetto DURABLE interviene esattamente qui: i processi additivi consentono la realizzazione di componenti monolitici o multicomponente in tungsteno e leghe di rame con un percorso termico continuo invece di una zona di giunzione critica. Fondamentale è la gestione del processo: nuove tecnologie di sistema e finestre di parametri portano a strutture in tungsteno quasi prive di crepe e ad alta densità in PBF-LB/M. In questo modo è possibile ottenere geometrie complesse con raffreddamento conforme.
«Il vantaggio risiede in una maggiore durata dei componenti, minori lavori di rifinitura e un rischio ridotto nei punti di giunzione, una condizione necessaria per prolungare gli intervalli di manutenzione e ridurre i costi per ora di funzionamento», afferma Niklas Prätzsch, responsabile del gruppo di tecnologia di processo e sistema LPBF presso l'Istituto Fraunhofer per la tecnologia laser ILT.
Ottimizzare le superfici in un solo passaggio
Un nuovo approccio rivoluzionario è perseguito da Viktor Glushych, responsabile del gruppo di rivestimento LMD e trattamento termico presso il Fraunhofer ILT per la saldatura laser a deposizione ad altissima velocità (EHLA). Il processo riveste rapidamente e in modo sostenibile, ma nella maggior parte dei casi è necessaria una lavorazione meccanica successiva. Il "Simultaneous Coating and Roller Burnishing" (SCaRB) combina EHLA con la lucidatura a rulli in un'unica fase di processo. Mentre lo strato applicato è ancora caldo, uno strumento a rulli scorre sulla superficie creata, compattandola plasticamente e levigando le punte di rugosità.
Così si forma uno strato superficiale denso, resistente alle tensioni di compressione, con alta qualità superficiale senza asportazione e senza ulteriori lavorazioni.
«Questo fa risparmiare tempo, strumenti e materiali», spiega Glushych i vantaggi. «Allo stesso tempo, SCaRB può influenzare in modo mirato la microstruttura e le tensioni residue. Questo migliora la resistenza all'usura e alla corrosione e aumenta la resistenza alla fatica dei componenti rivestiti.» Alla Formnext, il Fraunhofer ILT presenta un dimostratore di rollatura EHLA che rende il processo combinato visibile in tempo reale.
Rivestimenti multi-materiale privi di PFAS
Oltre a strati metallici puri, possono essere applicati anche strati multistrato di materiali simili. Qui, il processo EHLA per strati metallici viene combinato con l'applicazione di uno strato di PEEK per la produzione di strati compositi funzionali. Il PEEK è un polimero ad alte prestazioni privo di fluoro e un'alternativa interessante ai rivestimenti PFAS.
»La novità consiste nell'utilizzo del calore residuo del processo EHLA per fonderizzare uno strato di PEEK depositato nel passaggio immediatamente successivo. A tal fine, viene utilizzata una tecnologia di ugelli sviluppata presso il Fraunhofer ILT, che consente un'applicazione omogenea. Questo sistema di strati ibridi unisce le proprietà di due strati funzionali regolabili individualmente«, spiega Rebar Hama-Saleh Abdullah, ricercatore presso il Fraunhofer ILT.
Il rivestimento metallico EHLA può essere utilizzato come strato di protezione dalla corrosione (ad esempio, nei pistoni), come strato di emergenza (ad esempio, nelle turbine eoliche) o come strato intermedio conduttore di calore. Lo strato di PEEK applicato sopra, a seconda dell'aggiunta di additivi, funge da strato antiaderente, strato scorrevole o come ulteriore protezione dalla corrosione. "L'adesione tra metallo e polimero viene raggiunta attraverso un'interazione del plastico con la superficie ruvida introdotta in modo mirato nel processo EHLA", afferma il Dr. Christian Vedder, responsabile del dipartimento di tecnologia delle superfici e rimozione della forma presso il Fraunhofer ILT.
Sensori stampati, componenti intelligenti
Nella produzione additiva, i componenti vengono realizzati strato dopo strato. In questo modo si rendono accessibili aree che non possono essere raggiunte dall'esterno. Su questo si basa l'approccio di integrare sensori direttamente nei componenti metallici, come ad esempio i strain gauge stampati nei componenti LPBF. Gli strati di sensori vengono creati tramite Inkjet, Aerosol-Jet o stampa tampografica; possono essere applicati durante o dopo la costruzione e posizionati con precisione. I componenti smart così realizzati forniscono, ad esempio, dati in tempo reale su carico, deformazione o inizio di formazione di crepe.
«Questi sensori si trovano esattamente dove i dati sono più utili, anche in zone che sarebbero inaccessibili con la produzione convenzionale», riassume Dr. Samuel Moritz Fink, responsabile del gruppo di processi a film sottile presso il Fraunhofer ILT. «Questo consente il monitoraggio delle condizioni in uso, la manutenzione predittiva e una maggiore sicurezza operativa. Allo stesso tempo, la complessità del sistema diminuisce, poiché possono essere eliminati allestimenti separati, cavi o punti di misurazione esterni. I settori target vanno dall'industria aerospaziale all'energia fino all'ingegneria meccanica.»
Risolutore di problemi e sviluppatore di processi
Le sfide centrali per le aziende nell'AM dei metalli consistono in alti costi per pezzo, sviluppo complesso delle applicazioni e qualificazione o certificazione dei processi per la produzione in serie. È proprio qui che si inserisce il portfolio del Fraunhofer ILT. Esso identifica i colli di bottiglia, sviluppa processi stabili e porta rapidamente le applicazioni in produzione, dal primo prototipo funzionale fino alla produzione robusta presso il cliente.
»Nuovi materiali sono la chiave per rendere utilizzabili i punti di forza unici della SLS, ovvero la massima libertà di design e la libertà dalle strutture di supporto, in un numero sempre maggiore di settori. Con le nostre macchine modificate possiamo qualificare questi materiali in modo efficiente e superare così il problema dell'uovo e della gallina degli impianti industriali«, spiega Vera Rothmund del gruppo Sviluppo Applicazioni del Fraunhofer ILT.
»Presso il Fraunhofer ILT ci consideriamo partner dell'industria: sviluppiamo processi e tecnologie su misura per affrontare insieme alle aziende le sfide centrali nella stampa 3D dei metalli - dalla produttività alla garanzia di qualità fino alla redditività«, afferma il Dr. Thomas Schopphoven, responsabile del dipartimento di saldatura laser presso il Fraunhofer ILT.
Fraunhofer ILT alla Formnext 2025 presso lo stand comune Fraunhofer D31 nel padiglione 11.
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