EHLA per utensili di punzonatura: come i rivestimenti MMC allungano la vita utile e riducono la CO₂

Obiettivo e contesto del progetto StReMa (RWTH Aachen)
Il progetto StReMa, condotto presso la cattedra Digital Additive Production (DAP) della RWTH Aachen University, ha dimostrato che i rivestimenti applicati con EHLA/HS-DED (Extreme High-Speed Laser Material Deposition) possono aumentare sensibilmente la durata degli utensili di punzonatura molto sollecitati, con benefici anche in termini di risparmio di risorse e riduzione delle emissioni.
 

Che cos’è EHLA/HS-DED e perché è adatto al toolmaking
EHLA è una variante ad alta velocità del cladding laser: la polvere metallica viene fusa nel fascio prima di raggiungere il bagno di fusione, consentendo velocità fino a centinaia di m/min, strati sottili (≈20–350 μm) e elevata efficienza d’uso della polvere. Rispetto a LMD convenzionale, l’apporto termico è ridotto, con minori distorsioni e ottima adesione metallurgica; la versione EHLA 3D estende il principio alla fabbricazione/rivestimento di geometrie complesse. Attori chiave nello sviluppo: Fraunhofer ILT, Ponticon GmbH e Makino.
 

Materiali e strategia: rivestimenti MMC con TiC/WC
Nel caso studio sono stati rivestiti punzoni a taglio quadrati in acciaio da utensili con compositi a matrice metallica (MMC) caricati con carburo di titanio (TiC) o carburo di tungsteno (WC). L’obiettivo: aumentare resistenza ad usura/adesione, ridurre micro-scheggiature agli spigoli e mantenere lavorabilità in post-processo.
 

Risultati misurati su vita utile e proprietà

• Utensili convenzionali: ≈ 15.000 colpi prima dell’usura critica.

• Rivestimenti TiAlN “di mercato”: ≈ 210.000 colpi.

• Rivestimenti MMC via EHLA: fino a 330.500 colpi, con durezza > 1000 HV; possibili rettifica ed elettroerosione (EDM) senza compromettere il layer.
   

Impatto su sostenibilità e TCO
L’analisi ambientale di progetto indica una riduzione > 40% della CO₂, che può raggiungere ≈70% se l’utensile è riparato/rivestito più volte anziché sostituito. In produzione, ciò si traduce in meno fermi per cambio utensile e maggiore stabilità di processo.
 

Integrazione nelle linee esistenti e scalabilità
Il rivestimento via EHLA si integra nelle catene esistenti (prima/poi finitura, rettifica, EDM) e si presta a scalare su utensili più grandi con ulteriori ottimizzazioni di parametri. In parallelo, il Fraunhofer ILT sta dimostrando applicazioni su utensili di formatura (bipolar plates, ecc.) dove EHLA può sostituire lunghe lavorazioni per asportazione truciolo, e con Ponticon/Makino sta estendendo EHLA3D su cinematiche veloci.
 

Confronto con cromatura e spruzzatura termica
I layer EHLA sono densi e legati metallurgicamente, non richiedono Cr(VI) e rappresentano un’alternativa più pulita alla cromatura dura e, in molti casi, più duratura dello spruzzo termico; la maggiore efficienza di materiale e l’apporto termico ridotto riducono scarti e distorsioni.
 

Ecosistema industriale e prospettive
Oltre alla RWTH Aachen (DAP) e al Fraunhofer ILT, attori come Ponticon GmbH (hardware EHLA/EHLA3D) e Makino (piattaforme CNC ad alte prestazioni) contribuiscono a rendere i processi più rapidi, ripetibili e monitorabili, sostenendo il trasferimento verso produzione di serie in automotive, packaging e macchine. L’evoluzione include anche coating interno di tubazioni/alberi (p.es. idrogeno), a conferma della versatilità tecnologica.