Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT e l’azienda francese Cailabs hanno avviato una collaborazione per sviluppare un nuovo sistema di deposizione laser di materiale con filo (Wire‑DED / Wire‑LMD) pensato per applicazioni industriali esigenti come riparazioni, produzione ibrida e build-up localizzato. Al centro del progetto c’è un testa di processo estremamente compatto – basato sulla tecnologia di modellazione del fascio MPLC di Cailabs – che pesa meno di 5 kg, supporta potenze laser oltre 12 kW e può essere montato direttamente su bracci robotici mantenendo elevata precisione di deposizione.
Perché il filo? Gestione del materiale, costi e disponibilità di leghe
In molti processi industriali la DED con filo metallico offre vantaggi concreti rispetto alle soluzioni in polvere: il filo è facile da manipolare, sicuro da gestire, dosa il materiale in modo preciso ed è spesso più economico della polvere, soprattutto quando si lavora con grandi volumi o leghe standard. Alcune leghe ad alte prestazioni – ad esempio superleghe o combinazioni sviluppate per energia e aerospazio – sono disponibili solo in forma di filo saldabile, rendendo il wire‑DED praticamente l’unica via additiva praticabile per build‑up e riparazioni su questi materiali.
Storicamente, però, le teste di deposizione a filo sono risultate più ingombranti e complesse rispetto a quelle a polvere, con cinematica e meccanica di alimentazione che complicano l’integrazione su robot o su teste mobili di macchine utensili. Questo ha limitato la capacità di seguire contorni complessi, di lavorare all’interno di geometrie difficili da raggiungere e di sfruttare appieno la flessibilità della robotica industriale per riparazioni in situ.
La tecnologia MPLC di Cailabs: modellare il fascio intorno al filo
Cailabs entra nella collaborazione con il suo processo Canunda‑DED, che sfrutta la tecnologia Multi‑Plane Light Conversion (MPLC) per modellare il fascio laser in modo coaxiale attorno al filo di apporto. L’idea è distribuire l’energia del laser in un profilo controllato che circonda il filo, così da ottenere un bagno di fusione stabile, un’alta efficienza di fusione e un controllo preciso dell’apporto di calore anche a potenze elevate.
Questa architettura di fascio consente di mantenere un punto di lavoro ripetibile su un ampio intervallo di parametri, riducendo sensibilità a variazioni del posizionamento filo‑substrato o delle condizioni superficiali del pezzo. Inoltre, la geometria ottica compatta del testa Canunda‑DED permette di integrare la funzione di modellazione del fascio senza bisogno di voluminosi moduli esterni, contribuendo a mantenere il peso complessivo sotto la soglia dei 5 kg indicata come target dal progetto.
Obiettivi del progetto: testa sotto i 5 kg e oltre 12 kW di potenza
Fraunhofer ILT e Cailabs puntano a un testa compatto con peso inferiore a 5 kg, abbastanza leggero da essere montato direttamente sul polso di un robot industriale mantenendo margine di payload per sensori e accessori. In parallelo, il sistema deve supportare potenze laser superiori a 12 kW, requisito chiave per lavorare su componenti di grandi dimensioni, depositare volumi significativi di materiale o accelerare operazioni di riparazione e build‑up.
La combinazione di peso contenuto e potenza elevata in un singolo testa Wire‑DED non è stata finora disponibile in questa forma: i sistemi ad alte prestazioni tendevano a essere voluminosi e pesanti, mentre le soluzioni più leggere si fermavano su potenze moderate. Il nuovo design mira a colmare questo gap, aprendo la strada a celle robotizzate capaci di raggiungere zone complesse di turbine, stampi o componenti strutturali senza sacrificare produttività.
Processi Wire‑DED ad alta risoluzione: obiettivo sotto il millimetro
Uno dei traguardi tecnici dichiarati è la capacità di costruire strutture con larghezza inferiore a 1 mm, un passo significativo per la riparazione di zone fini, bordi, geometrie di tenuta o dettagli funzionali su componenti metallici critici. In molte applicazioni – come riparazioni su palette di turbina, inserti di stampi o componenti di sistemi energetici – una larghezza di traccia ridotta consente di intervenire solo dove serve, limitando apporto di calore, distorsioni e rilavorazioni meccaniche successive.
Per raggiungere questo obiettivo, il team guidato da Thomas Schopphoven (Head of Laser Material Deposition al Fraunhofer ILT) sta definendo finestre di processo tramite simulazioni fisico‑basate che mettono in relazione parametri come diametro del filo, velocità di avanzamento, potenza laser e strategie di traiettoria. Questo lavoro va in parallelo con una campagna sperimentale su materiali diversi, per calibrare l’interazione tra profilo di fascio MPLC, pool di fusione e solidificazione, e garantire che le strutture sottili mantengano integrità metallurgica e proprietà meccaniche richieste dai vari settori.
Integrazione robotica: libertà di movimento e accesso alle geometrie complesse
Il nuovo testa Wire‑DED è concepito per essere integrato in sistemi robotici e celle automatizzate, dove peso e ingombro ridotti si traducono in maggiore libertà di movimento e accesso a zone finora difficili da lavorare. Montando il testa direttamente sul polso del robot, è possibile seguire contorni tridimensionali complessi, entrare in cavità o lavorare su superfici inclinate senza dover riprogettare pesantemente la cinematica della cella o ricorrere a portali multi‑asse ingombranti.
Questo aspetto è particolarmente rilevante per la manutenzione in situ di macchine e impianti, dove spostare il pezzo fino alla macchina DED tradizionale è spesso impraticabile. Progetti affini – come piattaforme robotiche DED a grande formato e sistemi mobili per riparazioni on‑site – mostrano come la combinazione di DED e robotica stia diventando un tema centrale nel passaggio da laboratorio a officina. Il testa compatto Fraunhofer ILT–Cailabs si inserisce in questo scenario, offrendo un modulo che può essere integrato in robot industriali esistenti senza stravolgere layout e payload.
Applicazioni target: riparazioni, produzione ibrida e build‑up localizzato
L’obiettivo dichiarato della collaborazione Fraunhofer ILT–Cailabs è qualificare il nuovo sistema per una gamma di applicazioni industriali che vanno dalla riparazione di componenti soggetti a usura alla produzione ibrida (addizione su preformati o pezzi lavorati) fino al build‑up locale di rinforzi o caratteristiche funzionali. In settori come aerospazio, energia, stampi e tooling, la possibilità di ricostruire solo la zona danneggiata, con controllo fine dell’apporto di materiale, può ridurre significativamente costi, tempi di fermo e consumo di nuove materie prime.
Il sistema punta a combinare capacità di alto volume – grazie alla potenza oltre 12 kW – con precisione locale sotto il millimetro, così da coprire sia riparazioni di grande scala sia dettagli fini senza cambiare testa o configurazione. Nella produzione ibrida, il Wire‑DED può essere impiegato per aggiungere nervature, superfici di usura o interfacce funzionali su corpi di base forgiati o lavorati, integrandosi con altre soluzioni Fraunhofer per DED e catene additive ibride già dimostrate su casi metallici complessi.
Sviluppo dei parametri e preparazione ai casi d’uso industriali
Il team di Fraunhofer ILT sta definendo parametri di processo per diversi scenari applicativi, usando simulazioni e prove sperimentali per mappare finestre operative stabili in funzione di materiale, geometria e strategia di traiettoria. Le variabili chiave includono diametro e tipo di filo, velocità di avanzamento, potenza laser, geometria del fascio MPLC e strategie di sovrapposizione dei cordoni, con l’obiettivo di garantire un apporto di energia uniforme e una microstruttura priva di difetti rilevanti.
Parallelamente, viene allestito un ambiente di test robotizzato in cui il testa Canunda‑DED verrà validato in condizioni di funzionamento continuativo, simulando cicli industriali con traiettorie complesse e richieste di alta precisione. La fase successiva prevede prove su casi reali, come la riparazione di geometrie complesse o la costruzione di spigoli sottili e bordi funzionali, per dimostrare che la soluzione può operare in contesti produttivi reali, al di là del laboratorio.
Implicazioni per la DED robotica e la manutenzione avanzata
Il testa compatto sviluppato da Fraunhofer ILT e Cailabs si inserisce in una traiettoria più ampia della DED verso sistemi robotici ad alte prestazioni, che includono piattaforme a 12 kW per riparazioni su larga scala, soluzioni mobili per manutenzione in impianto e approcci convergenti per grandi componenti metallici. In questo quadro, avere un modulo Wire‑DED leggero, ad alta potenza e con fascio modellato MPLC estende il ventaglio di casi d’uso: dal laboratorio R&D a celle flessibili in officina, fino a sistemi semi‑mobili per interventi vicino al campo.
Se i risultati di processo confermeranno la possibilità di tracce sub‑millimetriche stabili e proprietà meccaniche adeguate, il sistema potrà diventare uno strumento chiave per strategie di manutenzione “repair instead of replace”, in linea con obiettivi di sostenibilità e riduzione degli sprechi di materiale. Allo stesso tempo, la capacità di lavorare con potenze elevate e fili standardizzati rende la soluzione compatibile con linee di produzione ibride in cui DED, lavorazioni sottrattive e controlli in‑process sono strettamente integrati.Fraunhofer ILT e Cailabs: un compatto testa Wire‑DED per robotica e riparazioni ad alta precisione
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT e l’azienda francese Cailabs hanno avviato una collaborazione per sviluppare un nuovo sistema di deposizione laser di materiale con filo (Wire‑DED / Wire‑LMD) pensato per applicazioni industriali esigenti come riparazioni, produzione ibrida e build-up localizzato. Al centro del progetto c’è un testa di processo estremamente compatto – basato sulla tecnologia di modellazione del fascio MPLC di Cailabs – che pesa meno di 5 kg, supporta potenze laser oltre 12 kW e può essere montato direttamente su bracci robotici mantenendo elevata precisione di deposizione.
Perché il filo? Gestione del materiale, costi e disponibilità di leghe
In molti processi industriali la DED con filo metallico offre vantaggi concreti rispetto alle soluzioni in polvere: il filo è facile da manipolare, sicuro da gestire, dosa il materiale in modo preciso ed è spesso più economico della polvere, soprattutto quando si lavora con grandi volumi o leghe standard. Alcune leghe ad alte prestazioni – ad esempio superleghe o combinazioni sviluppate per energia e aerospazio – sono disponibili solo in forma di filo saldabile, rendendo il wire‑DED praticamente l’unica via additiva praticabile per build‑up e riparazioni su questi materiali.
Storicamente, però, le teste di deposizione a filo sono risultate più ingombranti e complesse rispetto a quelle a polvere, con cinematica e meccanica di alimentazione che complicano l’integrazione su robot o su teste mobili di macchine utensili. Questo ha limitato la capacità di seguire contorni complessi, di lavorare all’interno di geometrie difficili da raggiungere e di sfruttare appieno la flessibilità della robotica industriale per riparazioni in situ.
La tecnologia MPLC di Cailabs: modellare il fascio intorno al filo
Cailabs entra nella collaborazione con il suo processo Canunda‑DED, che sfrutta la tecnologia Multi‑Plane Light Conversion (MPLC) per modellare il fascio laser in modo coaxiale attorno al filo di apporto. L’idea è distribuire l’energia del laser in un profilo controllato che circonda il filo, così da ottenere un bagno di fusione stabile, un’alta efficienza di fusione e un controllo preciso dell’apporto di calore anche a potenze elevate.
Questa architettura di fascio consente di mantenere un punto di lavoro ripetibile su un ampio intervallo di parametri, riducendo sensibilità a variazioni del posizionamento filo‑substrato o delle condizioni superficiali del pezzo. Inoltre, la geometria ottica compatta del testa Canunda‑DED permette di integrare la funzione di modellazione del fascio senza bisogno di voluminosi moduli esterni, contribuendo a mantenere il peso complessivo sotto la soglia dei 5 kg indicata come target dal progetto.
Obiettivi del progetto: testa sotto i 5 kg e oltre 12 kW di potenza
Fraunhofer ILT e Cailabs puntano a un testa compatto con peso inferiore a 5 kg, abbastanza leggero da essere montato direttamente sul polso di un robot industriale mantenendo margine di payload per sensori e accessori. In parallelo, il sistema deve supportare potenze laser superiori a 12 kW, requisito chiave per lavorare su componenti di grandi dimensioni, depositare volumi significativi di materiale o accelerare operazioni di riparazione e build‑up.
La combinazione di peso contenuto e potenza elevata in un singolo testa Wire‑DED non è stata finora disponibile in questa forma: i sistemi ad alte prestazioni tendevano a essere voluminosi e pesanti, mentre le soluzioni più leggere si fermavano su potenze moderate. Il nuovo design mira a colmare questo gap, aprendo la strada a celle robotizzate capaci di raggiungere zone complesse di turbine, stampi o componenti strutturali senza sacrificare produttività.
Processi Wire‑DED ad alta risoluzione: obiettivo sotto il millimetro
Uno dei traguardi tecnici dichiarati è la capacità di costruire strutture con larghezza inferiore a 1 mm, un passo significativo per la riparazione di zone fini, bordi, geometrie di tenuta o dettagli funzionali su componenti metallici critici. In molte applicazioni – come riparazioni su palette di turbina, inserti di stampi o componenti di sistemi energetici – una larghezza di traccia ridotta consente di intervenire solo dove serve, limitando apporto di calore, distorsioni e rilavorazioni meccaniche successive.
Per raggiungere questo obiettivo, il team guidato da Thomas Schopphoven (Head of Laser Material Deposition al Fraunhofer ILT) sta definendo finestre di processo tramite simulazioni fisico‑basate che mettono in relazione parametri come diametro del filo, velocità di avanzamento, potenza laser e strategie di traiettoria. Questo lavoro va in parallelo con una campagna sperimentale su materiali diversi, per calibrare l’interazione tra profilo di fascio MPLC, pool di fusione e solidificazione, e garantire che le strutture sottili mantengano integrità metallurgica e proprietà meccaniche richieste dai vari settori.
Integrazione robotica: libertà di movimento e accesso alle geometrie complesse
Il nuovo testa Wire‑DED è concepito per essere integrato in sistemi robotici e celle automatizzate, dove peso e ingombro ridotti si traducono in maggiore libertà di movimento e accesso a zone finora difficili da lavorare. Montando il testa direttamente sul polso del robot, è possibile seguire contorni tridimensionali complessi, entrare in cavità o lavorare su superfici inclinate senza dover riprogettare pesantemente la cinematica della cella o ricorrere a portali multi‑asse ingombranti.
Questo aspetto è particolarmente rilevante per la manutenzione in situ di macchine e impianti, dove spostare il pezzo fino alla macchina DED tradizionale è spesso impraticabile. Progetti affini – come piattaforme robotiche DED a grande formato e sistemi mobili per riparazioni on‑site – mostrano come la combinazione di DED e robotica stia diventando un tema centrale nel passaggio da laboratorio a officina. Il testa compatto Fraunhofer ILT–Cailabs si inserisce in questo scenario, offrendo un modulo che può essere integrato in robot industriali esistenti senza stravolgere layout e payload.
Applicazioni target: riparazioni, produzione ibrida e build‑up localizzato
L’obiettivo dichiarato della collaborazione Fraunhofer ILT–Cailabs è qualificare il nuovo sistema per una gamma di applicazioni industriali che vanno dalla riparazione di componenti soggetti a usura alla produzione ibrida (addizione su preformati o pezzi lavorati) fino al build‑up locale di rinforzi o caratteristiche funzionali. In settori come aerospazio, energia, stampi e tooling, la possibilità di ricostruire solo la zona danneggiata, con controllo fine dell’apporto di materiale, può ridurre significativamente costi, tempi di fermo e consumo di nuove materie prime.
Il sistema punta a combinare capacità di alto volume – grazie alla potenza oltre 12 kW – con precisione locale sotto il millimetro, così da coprire sia riparazioni di grande scala sia dettagli fini senza cambiare testa o configurazione. Nella produzione ibrida, il Wire‑DED può essere impiegato per aggiungere nervature, superfici di usura o interfacce funzionali su corpi di base forgiati o lavorati, integrandosi con altre soluzioni Fraunhofer per DED e catene additive ibride già dimostrate su casi metallici complessi.
Sviluppo dei parametri e preparazione ai casi d’uso industriali
Il team di Fraunhofer ILT sta definendo parametri di processo per diversi scenari applicativi, usando simulazioni e prove sperimentali per mappare finestre operative stabili in funzione di materiale, geometria e strategia di traiettoria. Le variabili chiave includono diametro e tipo di filo, velocità di avanzamento, potenza laser, geometria del fascio MPLC e strategie di sovrapposizione dei cordoni, con l’obiettivo di garantire un apporto di energia uniforme e una microstruttura priva di difetti rilevanti.
Parallelamente, viene allestito un ambiente di test robotizzato in cui il testa Canunda‑DED verrà validato in condizioni di funzionamento continuativo, simulando cicli industriali con traiettorie complesse e richieste di alta precisione. La fase successiva prevede prove su casi reali, come la riparazione di geometrie complesse o la costruzione di spigoli sottili e bordi funzionali, per dimostrare che la soluzione può operare in contesti produttivi reali, al di là del laboratorio.
Implicazioni per la DED robotica e la manutenzione avanzata
Il testa compatto sviluppato da Fraunhofer ILT e Cailabs si inserisce in una traiettoria più ampia della DED verso sistemi robotici ad alte prestazioni, che includono piattaforme a 12 kW per riparazioni su larga scala, soluzioni mobili per manutenzione in impianto e approcci convergenti per grandi componenti metallici. In questo quadro, avere un modulo Wire‑DED leggero, ad alta potenza e con fascio modellato MPLC estende il ventaglio di casi d’uso: dal laboratorio R&D a celle flessibili in officina, fino a sistemi semi‑mobili per interventi vicino al campo.
Se i risultati di processo confermeranno la possibilità di tracce sub‑millimetriche stabili e proprietà meccaniche adeguate, il sistema potrà diventare uno strumento chiave per strategie di manutenzione “repair instead of replace”, in linea con obiettivi di sostenibilità e riduzione degli sprechi di materiale. Allo stesso tempo, la capacità di lavorare con potenze elevate e fili standardizzati rende la soluzione compatibile con linee di produzione ibride in cui DED, lavorazioni sottrattive e controlli in‑process sono strettamente integrati.
