IHI Europe Ltd, divisione europea del gruppo giapponese IHI Corporation, ha rafforzato le proprie attività di ricerca sui materiali ad alta temperatura adottando i sistemi Electron Beam Powder Bed Fusion (E‑PBF) di Freemelt, caratterizzati da architettura aperta e forte orientamento alla sperimentazione.
Collaborazione tra IHI Europe e Freemelt: obiettivi e contesto
IHI Europe Ltd (IEL) opera come hub europeo di IHI Corporation, gruppo ingegneristico fondato nel 1853 in Giappone e attivo in settori quali aerospazio, energia, infrastrutture e macchine industriali. Nel tempo IEL ha affiancato alle funzioni commerciali e di procurement una vera attività di business development e R&S, con l’obiettivo di sfruttare reti locali e competenze europee per progetti ad alto contenuto tecnologico.
In questo quadro si inserisce la collaborazione con Freemelt, azienda svedese deep‑tech focalizzata su soluzioni di manifattura additiva a fascio di elettroni con architettura aperta, concepite per accelerare lo sviluppo di materiali avanzati e processi sostenibili. I sistemi E‑PBF di Freemelt offrono una piattaforma modulare, programmabile e altamente accessibile per istituti di ricerca e industria, facilitando esperimenti rapidi su nuove leghe e condizioni di processo.
Perché IHI ha scelto la piattaforma E‑PBF open‑architecture di Freemelt
Secondo Dr Rachel Jennings, Head of Advanced Technology Development presso IHI Europe, la scelta di Freemelt è stata guidata dalla natura “open architecture” dei sistemi E‑PBF: l’interfaccia aperta consente il controllo esteso dei parametri di processo – traiettoria del fascio, potenza, velocità di scansione, strategie di preriscaldo, gestione delle polveri – e rende possibile condurre cicli sperimentali rapidi sia su leghe commerciali sia su formulazioni proprietarie.
IHI è stata tra i primi utilizzatori della tecnologia Freemelt: già nel 2019 ha acquistato la seconda macchina E‑PBF prodotta dall’azienda, ampliando poi il parco installato con un ulteriore sistema nel 2023. Questa continuità di investimento conferma l’interesse per una piattaforma che consente di spingersi oltre i limiti delle macchine “chiuse”, nelle quali i parametri sono spesso vincolati e l’introduzione di nuove leghe richiede lunghe collaborazioni con il costruttore.
Materiali in focus: superleghe a base nickel e gamma‑TiAl
Le attività di ricerca di IHI Europe si concentrano in particolare su:
- superleghe a base di nickel per componenti operanti a temperature elevate, tipicamente in turbomacchine e applicazioni energetiche;
- avanzati gamma‑titanaluminidi (gamma‑TiAl), leghe leggere ad alta resistenza pensate per componenti di turbine che devono combinare resistenza a caldo e riduzione di peso.
Tra i progetti chiave figura la lega proprietaria IHI TiAl 823, sviluppata per pale di turbina a bassa pressione. L’obiettivo è spostare lo sviluppo da percorsi tradizionali – polverometallurgia e forgiatura – verso l’additive manufacturing, così da ridurre le lavorazioni, contenere i costi e rendere la soluzione più competitiva rispetto alle alternative basate su superleghe di nickel.
Vantaggi dell’E‑PBF per leghe reattive e applicazioni estreme
La tecnologia Electron Beam Powder Bed Fusion (E‑PBF) impiega un fascio di elettroni in camera a vuoto per fondere strati di polvere metallica, caratteristica che la rende particolarmente adatta a leghe reattive e ad alta temperatura come titanio, gamma‑TiAl e alcune superleghe nickel‑base. L’ambiente di alto vuoto e il preriscaldo del letto di polvere aiutano a mitigare difetti come porosità, cracking a caldo e ossidazione, problematici in processi basati su laser in atmosfera gassosa.
Freemelt ha sviluppato funzionalità specifiche come il preriscaldo “Spot Preheating”, oggetto di brevetto, che si propone di migliorare la stabilità del processo e la qualità del componente preriscaldando in modo mirato ogni strato di polvere prima della fusione. Questa capacità, abbinata al controllo granulare sui parametri di beam scanning, consente di affrontare meglio sfide tipiche delle leghe altamente reattive, tra cui l’accumulo di cariche e l’instabilità del letto di polvere.
Ricerca su gamma‑TiAl e sfide di processo
Nel lavoro su gamma‑titanaluminidi, IHI Europe deve affrontare criticità specifiche, tra cui:
- sensibilità alla contaminazione dell’ossigeno;
- tendenza alla formazione di difetti e microstrutture indesiderate se la finestra di processo non è ben controllata;
- problematiche di carica elettrostatica che possono disturbare il letto di polvere.
Per mitigare questi problemi, IHI collabora con partner accademici e industriali come Tohoku University e CEIT (San Sebastián, Spagna), lavorando su modifiche della polvere e metodi di atomizzazione orientati a migliorare la conducibilità elettrica, la scorrevolezza e la consistenza del comportamento durante il processo E‑PBF. I risultati indicano un miglioramento della stabilità del fascio, della fusione e della ripetibilità del processo, con potenziale trasferibilità a più tecnologie AM oltre all’E‑PBF.
Architettura aperta, community e modello di co‑sviluppo Freemelt
Dr Jennings sottolinea l’importanza dell’approccio collaborativo di Freemelt, che lavora in stretta sinergia con clienti e utenti avanzati per evolvere funzionalità hardware e software. La filosofia open consente a gruppi come IHI Europe di adattare la piattaforma alle proprie esigenze, sviluppare script di processo personalizzati, sperimentare nuove strategie di scansione e condividere risultati all’interno di una community tecnica attiva.
Questa dinamica di co‑sviluppo è particolarmente rilevante quando si lavora al limite dell’attuale finestra di processo su leghe complesse: la possibilità di intervenire in profondità sulle impostazioni della macchina riduce i cicli di iterazione tra ricerca, simulazione e test, accorciando il time‑to‑data per nuove combinazioni materiale‑processo.
Verso soluzioni più sostenibili in aerospazio, energia e macchine industriali
IHI Europe vede la manifattura additiva come un abilitatore centrale per soluzioni ad alte prestazioni e con minore impatto ambientale nei segmenti aerospaziale, energetico e delle macchine industriali. La capacità di sviluppare e produrre componenti leggeri, ottimizzati nella forma e nell’uso del materiale, contribuisce alla riduzione di consumi e emissioni lungo l’intero ciclo di vita del sistema.
La combinazione tra E‑PBF a architettura aperta e leghe ad alta temperatura come gamma‑TiAl consente di ridurre la massa delle parti rotanti in turbomacchine, migliorare l’efficienza termica e spingere verso condizioni operative più severe, mantenendo al contempo requisiti stringenti in termini di sicurezza e affidabilità. L’additive permette anche di ridurre scarti e lavorazioni sottrattive, con un uso più efficiente delle polveri metalliche.
Ruolo di Freemelt come partner tecnologico: demo parts e valutazione di fattibilità
Freemelt si presenta come partner per aziende e centri di ricerca che valutano l’introduzione di sistemi E‑PBF open‑architecture nei loro programmi materiali e applicativi. L’azienda supporta già nelle prime fasi decisionali, aiutando a capire se una piattaforma EBM aperta e uno specifico materiale siano adatti agli obiettivi del cliente.
Per facilitare questa valutazione, Freemelt offre attualmente la possibilità di richiedere campioni dimostrativi gratuiti, che permettono di osservare direttamente microstruttura, densità e qualità superficiale ottenibili con la tecnologia E‑PBF su materiali di interesse. Questo servizio riduce barriere all’ingresso e accelera lo screening di nuove applicazioni, prima di passare eventualmente all’acquisto di un sistema o a programmi di co‑sviluppo più strutturati.
Profilo di IHI Europe Ltd e posizionamento nel gruppo IHI
IHI Europe Ltd è il presidio europeo di IHI Corporation, con sede nel Regno Unito. Inizialmente focalizzata su attività commerciali e di supply chain, IEL ha progressivamente ampliato il raggio di azione a iniziative di sviluppo di business e ricerca, sfruttando la vicinanza a università, centri di ricerca e partner industriali europei attivi nei campi dell’aerospazio, dell’energia e dell’ingegneria avanzata.
L’espansione verso la R&S in manifattura additiva e materiali avanzati si inserisce in una strategia più ampia del gruppo IHI, interessato a soluzioni in grado di migliorare efficienza, affidabilità e sostenibilità dei propri prodotti. Le attività con Freemelt e la tecnologia E‑PBF rappresentano un tassello di questa strategia, costruendo competenze su processi digitali e materiali innovativi in un contesto di collaborazione internazionale.
Profilo di Freemelt e sviluppo della tecnologia E‑PBF
Freemelt è una società svedese deep‑tech, quotata al Nasdaq First North, specializzata in piattaforme E‑PBF open‑architecture per ricerca e sviluppo. L’azienda si distingue per l’approccio modulare, l’attenzione alle soluzioni open‑source e la volontà di abilitare nuove applicazioni in materiali ad alte prestazioni e produzioni più sostenibili.
Nel corso degli anni Freemelt ha consolidato il proprio portafoglio tecnologico con brevetti chiave, come quello relativo al preriscaldo “Spot Preheating”, e ha collaborato con istituzioni di ricerca e realtà industriali in Europa e nel mondo per validare l’E‑PBF su un ampio ventaglio di leghe. Parallelamente, l’azienda fornisce servizi di supporto applicativo, formazione e studi di fattibilità, per velocizzare l’adozione dell’E‑PBF in ambito accademico e industriale.
