Come il rame, i diamanti e la sagomatura delle travi stanno rivoluzionando la stampa 3D
15 maggio 2025 | Tempo di lettura: 5 min
In un avvincente episodio dell'Additive Snack Podcast, il conduttore Fabian Alefeld ha intavolato una ricca discussione con tre figure chiave dell'Università di Wolverhampton, nel Regno Unito: il professor Arun Arjunan, il responsabile della commercializzazione AM John Robinson e l'associato al Knowledge Exchange Manpreet Singh.
La conversazione ha messo in luce l'impressionante percorso di 25 anni dell'università nel campo della produzione additiva (AM), mostrando la sua ricerca pionieristica, le importanti collaborazioni industriali e l'impegno nello sviluppo della forza lavoro.
Un'eredità di innovazione: 25 anni di fusione laser a letto di polvere
L'Università di Wolverhampton è stata una delle prime istituzioni accademiche ad abbracciare la fusione laser a letto di polvere, iniziando il suo lavoro nel 1999. Il professor Arun Arjunan ha illustrato la lunga storia dell'università, incentrata principalmente sui metalli, e la sua esperienza nella creazione di parametri di processo per materiali difficili. I suoi primi risultati includono un lavoro pionieristico nella stampa del titanio per applicazioni aerospaziali e motoristiche.
John Robinson, il cui percorso con l'università è iniziato nel 2009 come studente universitario, ha condiviso la sua esperienza pratica con una serie di macchine EOS, dalla prima EOS M 250 fino alla EOS M 290 e il recente sistema AMCM NLight.
Ha sottolineato il ruolo dell'università nell'essere stata una delle prime a lavorare il titanio, richiedendo adattamenti speciali per la macchina EOS M 270. Il percorso professionale di Robinson, che ha incluso periodi nell'industria presso Jaguar Land Rover e Cookson Gold (sviluppo di parametri laser per metalli preziosi), lo ha infine riportato a Wolverhampton con l'obiettivo di sviluppare parametri per il rame e l'argento, materiali noti per la loro difficile riflettività con i laser a infrarossi.
Spingersi oltre i limiti: Dal rame ai compositi rame-diamante
Un filo conduttore importante della discussione è stato il lavoro innovativo dell'università sui materiali altamente conduttivi, in particolare il rame.
Il lavoro di tesi di John Robinson sulle leghe rame-argento ha permesso di stampare il rame utilizzando per la prima volta meno di 400 watt. Questa esperienza si è rivelata preziosa in una partnership per il trasferimento di conoscenze con AceOn, un produttore di batterie. Il team universitario ha sviluppato dissipatori di calore in rame fabbricati in modo additivo con superfici minime triplicemente periodiche (TPMS). Questi dissipatori ottimizzati hanno migliorato in modo significativo la gestione termica dei pacchi batteria, soprattutto in ambienti con temperature ambientali elevate.
La conversazione si è poi spostata su un materiale ancora più innovativo: un composito rame-diamante. John Robinson ha spiegato che questo sviluppo, attualmente in attesa di brevetto, è nato da una collaborazione con Diamond Hard Surfaces, un'azienda specializzata nei processi di rivestimento in diamante.
Il diamante, avendo una densità pari alla metà di quella del rame ma una conducibilità termica quattro volte superiore, offre un potenziale immenso per soluzioni di gestione termica leggere e ad alte prestazioni in applicazioni come i veicoli elettrici. Inoltre, il diamante è elettricamente inerte: ciò significa che, controllando il rapporto rame/diamante, è possibile personalizzare le proprietà termiche ed elettriche per applicazioni specifiche, come ad esempio gli isolanti per dispositivi elettronici che richiedono comunque un'efficiente dissipazione del calore.
In particolare, Robinson ha suggerito che questo materiale composito non è costoso come il rame atomizzato, offrendo una migliore conducibilità termica e interessanti proprietà elettriche a un costo e a un peso potenzialmente inferiori. Il professor Arjunan ha sottolineato che questi materiali non sono solo alternative, ma soluzioni alle barriere fondamentali dello sviluppo tecnologico, che consentono di realizzare dispositivi elettronici più piccoli, più leggeri e più potenti.
Il centro di eccellenza: Dare forma al futuro dell'AM
Il Centro di Eccellenza per la Fabbricazione Additiva dell'Università di Wolverhampton, lanciato di recente, è pronto ad affrontare i limiti principali dell'attuale tecnologia AM. Il suo obiettivo tecnologico principale sarà la "fusione a letto di polvere con laser di forma" (SLPBF), utilizzando laser innovativi NLight che possono variare il profilo del fascio da un singolo punto a una forma ad anello.
Ciò è analogo all'uso di un pennello piccolo per gli angoli e di un rullo per le aree più ampie quando si dipinge, consentendo di ottenere dettagli fini dove necessario e di aumentare significativamente la velocità di realizzazione (potenzialmente un aumento del 200% del diametro dei punti) per le sezioni più grandi. Il Centro mira ad ampliare la sua metodologia consolidata per lo sviluppo dei parametri di processo, incorporando produttività e costi come variabili chiave insieme a qualità e densità.
Dal punto di vista materiale, il Centro si concentrerà sui materiali altamente conduttivi, sfruttando il successo ottenuto con la stampa di rame a basso consumo. Un secondo pilastro sarà la stampa multi-materiale, che combina metalli conduttivi e isolanti, con il rame-diamante come esempio principale. Il terzo pilastro si concentra sui materiali termoelettrici. Se questi materiali possono essere prodotti in modo additivo, sfruttando la libertà di progettazione, potrebbero diventare praticabili per la raccolta dell'energia o per scambiatori di calore avanzati, con un impatto sull'informatica di prossima generazione, sulla difesa e sui veicoli elettrici, consentendo motori elettrici più piccoli e con maggiore densità di potenza, dove la dissipazione del calore è il fattore limitante.
Impatto industriale e sviluppo della forza lavoro
Manpreet Singh ha sottolineato l'impegno dell'università a commercializzare la propria ricerca e a fornire all'industria l'accesso ai sistemi AM. L'università persegue attivamente partenariati per lo scambio di conoscenze e collaborazioni con industrie locali e nazionali in settori come l'automotive, la produzione di batterie e la sanità (ad esempio, impianti specifici per il paziente in cobalto-cromo con strutture TPMS).
Riconoscendo la carenza di competenze nel settore dell'AM, l'università offre corsi accademici e corsi di sviluppo continuo. Questi programmi, sviluppati in collaborazione con enti come EOS Additive Minds, si rivolgono a vari livelli di competenza, dai principianti senza alcuna preparazione nel campo dell'AM a coloro che cercano una formazione pratica su sistemi avanzati come le macchine EOS M 290 .
Questa iniziativa mira a migliorare la qualificazione della forza lavoro, dando alle industrie la fiducia necessaria per adottare l'AM. John Robinson ha aggiunto che l'AM è fortemente integrato in altri corsi di laurea, con discussioni in corso per un master specifico sull'AM. Anche la ricerca di dottorato è strettamente legata a questi progetti avanzati, compresi gli studenti che lavorano sul materiale rame-diamante e i dottorati previsti per lo sviluppo del laser di forma del tantalio e del molibdeno.
La visione più ampia: AM per un futuro sostenibile e resiliente
La discussione ha toccato anche il ruolo della AM nella sostenibilità, nella leggerezza e nel potenziale della produzione ridistribuita. Il professor Arjunan ha sottolineato come l'AM possa creare metamateriali con prestazioni mirate su scala micro/sub-micronica, fondamentali per i dispositivi sanitari di prossima generazione, come gli impianti specifici per il paziente che imitano le prestazioni dell'osso naturale. Ha anche immaginato la AM come una tecnologia in grado di creare materiali mirati in cui le proprietà sono informate dalle interazioni laser-materiale piuttosto che dalla sola geometria, potenzialmente rivoluzionando gli scambiatori di calore e i componenti elettronici.
In prospettiva, il team ritiene che l'AM sia fondamentale per il reshoring e la produzione distribuita, consentendo lo sviluppo del design e dei materiali a livello globale mentre la produzione avviene in prossimità del consumo.
L'approccio globale dell'Università di Wolverhampton - dalla scienza fondamentale dei materiali e lo sviluppo dei processi all'applicazione industriale, alla formazione della forza lavoro e all'influenza sulle politiche attraverso il coinvolgimento con British Standards e il panel AMTA - la posiziona come una forza vitale nel progresso del panorama AM, non solo nel Regno Unito, ma a livello globale.
Connettersi e saperne di più:
Per chi è interessato a saperne di più sul lavoro dell'Università di Wolverhampton o a entrare in contatto con il team:
Ascolta l'episodio completo del Podcast Additive Snack.
- Professore Arun Arjunan: LinkedIn, Google Scholar, ResearchGate
- John Robinson: LinkedIn, ResearchGate
- Manpreet Singh: Google Scholar, ResearchGate
