Migliorare la Stampa 3D Metallica con l’Intelligenza Artificiale
La produzione additiva di componenti metallici si afferma come una delle tecnologie più complesse nell’ambito manifatturiero avanzato. Il Laser Powder Bed Fusion (PBF-LB) consente di realizzare forme intricate e oggetti con elevata densità, ma richiede una gestione precisa dei parametri di processo e una profonda conoscenza delle caratteristiche del materiale.
Comprendere i Due Regimi di Fusione
Nel PBF-LB il fascio laser può agire in due modalità distinte:
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Conduction Mode, in cui il metallo viene fuso senza vaporizzazione,
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Keyhole Mode, caratterizzato da un’evaporazione parziale che genera una “chiave” di vapore nel bagno di fusione.
Il passaggio tra questi due regimi dipende da fattori quali la potenza del laser, la velocità di scansione e la morfologia delle polveri. Per ogni nuova fornitura di polvere è normalmente necessario eseguire numerosi test per individuare la combinazione ottimale di parametri.
Algoritmo di Monitoraggio con Sensori Ottici
Un gruppo di ricerca dell’Empa (Laboratorio Advanced Materials Processing di Thun) ha sviluppato un algoritmo in grado di riconoscere, in tempo reale, il regime di fusione basandosi su segnali raccolti da sensori ottici. Il software interpreta le variazioni di luminosità e spettro emesso dal bagno di fusione e regola automaticamente i parametri del laser per mantenere condizioni di stampa stabili. Dai primi esperimenti emerge che almeno due terzi delle prove preliminari tradizionali possono essere eliminate, senza compromessi sulla qualità delle parti ottenute. Questa automazione riduce inoltre la dipendenza da specialisti esperti, aprendo la strada a un utilizzo più ampio del PBF-LB.
Controllo Adattivo del Laser Welding tramite FPGA
Un’altra linea di ricerca dell’Empa riguarda l’applicazione dell’intelligenza artificiale al laser welding. Utilizzando schede FPGA (Field-Programmable Gate Array), il team elabora in tempo reale i dati di processo e introduce correzioni dinamiche per contrastare disturbi imprevisti, come irregolarità superficiali o variazioni di composizione del materiale. Questo approccio supera i limiti dell’intervento umano, assicurando continuità e sicurezza anche in presenza di condizioni operative variabili.
Obiettivi di Diffusione nella Manifattura
I ricercatori puntano a integrare i modelli sviluppati all’interno delle interfacce di controllo delle macchine, rendendo la tecnologia PBF-LB accessibile a imprese di piccola e media dimensione. Grazie all’automazione del set-up e alla stabilizzazione del processo, si prevede di abbattere tempi e costi, facilitare la formazione del personale e garantire ripetibilità elevata nella produzione di componenti metallici.
