Che cosa misura davvero l’“assorbività” nella powder bed fusion
Nella powder bed fusion (PBF) l’energia del fascio (laser o elettroni) viene trasformata in calore in base a quanta radiazione il materiale riesce ad assorbire. Questa grandezza viene indicata come absorptivity/absorptance (assorbività/assorbanza, in pratica “quota di energia incidente che entra nel materiale”). Se l’assorbività cambia durante il processo, a parità di potenza impostata cambia anche l’energia effettivamente “accoppiata” al letto di polvere e quindi la stabilità del bagno fuso, la finestra di processo e la ripetibilità del pezzo.
Perché è difficile misurarla durante la stampa
Misurare l’assorbimento “in diretta” non è banale: la zona di interazione è piccola e dinamica, e il segnale ottico può essere disturbato da emissioni del processo come plume, particelle espulse e fenomeni radiativi legati alla fase liquida. Per questo molti approcci storicamente hanno usato setup ex-situ complessi e preparazioni dedicate; il lavoro qui discusso punta invece a ricavare l’informazione da misure in-situ di termometria a radiazione.
Lo studio: Inconel 625 osservato con pirometria multi-lunghezza d’onda
Una Short Communication pubblicata su Additive Manufacturing Letters (Volume 17, aprile 2026) propone una metodologia per approssimare le condizioni di assorbività di Inconel 625 a partire da misure in-situ ottenute con un sensore di pirometria multi-lunghezza d’onda (multi-wavelength / multi-spectral) durante PBF a fascio di elettroni (PBF-EB/M). Gli autori indicati nell’articolo sono Shadman Tahsin Nabil, Alfonso Fernandez, Francisco Medina, Ralph Felice, James P. Carney, César A. Terrazas-Nájera.
Il punto chiave: un calo netto quando la polvere passa verso la fusione
Il risultato più operativo è che, mentre il materiale evolve da polvere riscaldata verso lo stato fuso, l’assorbività diminuisce in modo marcato: gli autori riportano una riduzione di circa il 60% associata all’innesco della fusione (incipient melting) e alla transizione di fase. In altre parole: il materiale, proprio mentre entra nella condizione in cui si forma e si stabilizza il bagno fuso, tende a “prendere” meno energia dal fascio rispetto alla fase precedente.
Come ricavano valori utili anche per i laser industriali (1064–1070 nm)
La metodologia usa la pirometria multi-spettrale per catturare dati radiativi durante il processo, poi applica un passaggio di fit spettrale ed estrapolazione per stimare l’assorbività a lunghezze d’onda più corte. Questo è importante perché molti sistemi PBF-LB/M (laser powder bed fusion) operano con laser in banda vicino-IR, e lo studio discute esplicitamente lunghezze d’onda 1064 e 1070 nm come riferimento. Nel lavoro si segnala anche che, passando dai valori misurati (ad esempio a 1500 nm) a quelli stimati (1064–1070 nm), le differenze restano contenute (“solo lievi variazioni”) e coerenti con un trend generale di emissività/assorbività decrescente al crescere della lunghezza d’onda.
Il legame tra emissività e assorbività: perché entra in gioco la termometria a radiazione
Il cuore fisico dell’approccio è usare un bilancio energetico e l’idea che, in condizioni di equilibrio termico (o come approssimazione operativa), emissività e assorbanza possano essere messe in relazione. Questo consente di sfruttare misure radiative (tipiche della pirometria) per inferire non solo la temperatura ma anche il comportamento “ottico-termico” del materiale durante sinterizzazione, fusione e solidificazione.
Perché la pirometria multi-lunghezza d’onda è adatta a intercettare transizioni di fase
Una difficoltà nota della pirometria in PBF è che l’emissività del target non è costante: varia con temperatura, fase (polvere/sinterizzato/liquido/solido), morfologia e chimica superficiale. Lavori precedenti sugli stessi strumenti mostrano che la pirometria multi-lunghezza d’onda può rilevare cambiamenti di “forza del segnale/emissività” lungo una finestra spettrale, collegandoli a transizioni come sinterizzazione e formazione della fase liquida, poi verificabili con osservazioni microstrutturali.
Un’interpretazione ingegneristica: perché la polvere può assorbire più del bagno fuso
Il dato del calo (≈60%) è coerente con un’idea spesso discussa in letteratura: un powder bed può mostrare meccanismi di assorbimento “efficaci” legati a scattering multiplo e intrappolamento dei raggi tra particelle, mentre una superficie fusa più continua può riflettere di più a certe condizioni ottiche e termiche. Il punto pratico è che la transizione di fase cambia l’“ottica” del target mentre il fascio sta ancora fornendo energia, quindi una strategia di controllo che assume assorbività costante può diventare meno robusta proprio nel tratto critico del processo.
Che cosa significa per chi usa LPBF su leghe nichel: finestra di processo, modelli e controllo
Se l’assorbività effettiva diminuisce mentre si entra in fusione, l’energia specifica realmente assorbita può scendere anche se la macchina mantiene costanti potenza e velocità. Questo può impattare fenomeni come dimensione del melt pool, stabilità del keyhole/condizione di conduzione, formazione di porosità e sensibilità alle variazioni locali del letto di polvere. Dal lato simulazione, il risultato è altrettanto rilevante: i modelli termici e fluidodinamici che usano parametri ottici fissi rischiano di “tarare bene” una fase e sbagliare l’altra; una stima dipendente da fase/temperatura può migliorare la predittività.
Perché proprio Inconel 625: identità del materiale e contesto applicativo
Inconel 625 è una lega nichel-cromo con aggiunte di molibdeno e niobio, usata per combinare resistenza meccanica e resistenza alla corrosione/ossidazione su un ampio range di temperatura. È un materiale comune in scenari in cui la manifattura additiva è interessante per geometrie complesse e consolidamento di parti, rendendo utile capire come varia l’accoppiamento energetico in PBF durante le transizioni di fase.
Che cosa resta da fare per portare la misura in produzione
Il lavoro è presentato come metodologia e dimostrazione su un singolo materiale, ma l’obiettivo dichiarato è offrire una strada applicabile anche ad altre leghe PBF. Per un uso “da reparto” restano temi aperti: robustezza del segnale in presenza di plume/spatter, integrazione con ottiche coaxial delle macchine PBF-LB/M, calibrazione metrologica, e collegamento diretto tra assorbività stimata e parametri di qualità (densità, difetti, proprietà meccaniche) su lotti reali.
