Un gruppo dell’Institute of Materials Science della Leibniz Universität Hannover ha sviluppato una nuova lega di alluminio Al-Mg-Si espressamente progettata per diventare, in una fase successiva, un filo espandibile destinato al Wire Arc Additive Manufacturing. La lega, denominata AlMg2Si1.2, contiene nominalmente il 2% in peso di magnesio e l’1,2% di silicio ed è stata trasformata in polvere prelegata mediante Electrode Induction Melting Inert Gas Atomization, EIGA. Mescolando questa polvere con lo 0,7% di idruro di titanio TiH₂ e sottoponendo il materiale a compattazione e successivo trattamento termico, i ricercatori hanno ottenuto schiume con una porosità misurata tramite microscopia a raggi X compresa fra 64,1 e 67,7%.
Il risultato è interessante, ma richiede subito una precisazione rispetto al titolo della notizia: il gruppo non ha ancora prodotto nello studio pubblicato un filo WAAM completo né ha stampato una struttura WAAM con questa nuova lega. Il lavoro, pubblicato il 15 settembre 2026 su The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, riguarda la progettazione metallurgica della lega, la produzione della polvere tramite EIGA e la dimostrazione che tale polvere può essere trasformata in una schiuma metallica relativamente uniforme. La successiva estrusione della polvere in fili da circa 1–1,6 mm e la loro integrazione in un processo WAAM sono i passaggi sui quali il gruppo sta ora lavorando.
L’obiettivo finale non è stampare una schiuma già espansa, ma depositare un filo denso e farlo espandere successivamente
L’idea sviluppata nell’ambito del progetto B02 del Collaborative Research Centre TRR 375 è più sofisticata di una semplice deposizione di alluminio poroso. Il progetto mira a produrre un filo metallico contenente un agente schiumogeno. Il filo dovrebbe essere depositato mediante WAAM come un normale materiale di apporto e successivamente riscaldato in maniera selettiva con una seconda sorgente termica. Il TiH₂ incorporato nel materiale libererebbe idrogeno e trasformerebbe localmente il metallo in una struttura cellulare.
Questo consentirebbe, almeno in prospettiva, di creare nello stesso componente zone dense e zone porose, scegliendo dove espandere il materiale dopo la deposizione. Una parete esterna potrebbe rimanere compatta e strutturalmente resistente, mentre una cavità interna potrebbe essere riempita con alluminio espanso per ridurre la massa, assorbire energia o aumentare lo smorzamento delle vibrazioni.
La possibilità di separare deposizione e foaming è particolarmente importante. Se la schiuma si forma direttamente sotto l’arco WAAM, il processo di saldatura e quello di espansione avvengono contemporaneamente e diventano molto difficili da controllare in modo indipendente. Depositare prima il materiale e schiumarlo in seguito potrebbe invece permettere un controllo molto maggiore della densità locale.
La lega è stata progettata appositamente perché le normali leghe di alluminio non soddisfano contemporaneamente tutti i requisiti
Il problema affrontato da Jannes Mevert, Florian Patrick Schäfke, Henning Irmler, Hans Jürgen Maier e Christian Klose è apparentemente contraddittorio. Una lega destinata a questo processo deve essere contemporaneamente schiumabile, estrudibile in un filo molto sottile, avvolgibile su una bobina e saldabile tramite WAAM.
Le leghe da deformazione come EN AW-6082 possiedono una buona lavorabilità plastica e possono essere estruse con elevati rapporti di riduzione, ma il loro intervallo di fusione non è ideale per sincronizzarsi con la decomposizione dell’agente schiumogeno. Le leghe da fonderia come AlSi10Mg, al contrario, possono essere molto adatte alla produzione di schiume ma una maggiore quantità di elementi di lega e intermetallici può renderne più difficile la deformazione necessaria a ottenere fili sottili.
Per questo i ricercatori hanno imposto un contenuto totale di elementi di lega inferiore al 5% in peso e cercato un sistema Al-Mg-Si con una temperatura liquidus sufficientemente bassa da coordinarsi con la liberazione dell’idrogeno del TiH₂.
La scelta di AlMg2Si1.2 deriva da calcoli termodinamici, non da una lega commerciale presa dal catalogo
La composizione è stata selezionata mediante FactSage utilizzando il database FTlite. Il calcolo prevedeva per una lega con 2% Mg e 1,2% Si un solidus di circa 582 °C e un liquidus di circa 643 °C. L’obiettivo era mantenere il liquidus sotto circa 646 °C, temperatura corrispondente al principale picco di liberazione dell’idrogeno dell’idruro di titanio opportunamente pretrattato.
La lega non è quindi semplicemente una variante commerciale rinominata. È stata formulata per ottenere un compromesso specifico fra finestra di fusione e deformabilità.
Successivamente le misure DSC hanno mostrato valori leggermente differenti rispetto alle previsioni: solidus 560 ±2 °C e liquidus 646 ±2 °C. La differenza è importante perché dimostra anche il limite del modello termodinamico: FactSage descrive una condizione di equilibrio, mentre la lega reale è soggetta a segregazioni locali, velocità di riscaldamento e condizioni non perfettamente equilibrate.
Il TiH₂ è il motore della formazione delle celle
L’agente schiumogeno utilizzato è idruro di titanio, materiale già ampiamente studiato nella produzione di schiume di alluminio. Quando viene riscaldato, il TiH₂ si decompone liberando idrogeno. Se questo avviene quando la matrice metallica ha raggiunto uno stato sufficientemente viscoso, le bolle possono espandersi senza fuoriuscire immediatamente e rimanere intrappolate durante il successivo raffreddamento.
Il problema è sincronizzare i due fenomeni. Se il gas viene liberato troppo presto, quando l’alluminio è ancora prevalentemente solido, non può espandere efficacemente il materiale. Se viene liberato troppo tardi, quando il metallo è eccessivamente liquido, le bolle possono coalescere, collassare o fuoriuscire.
Il TiH₂ è stato quindi pre-ossidato in aria a 480 °C per 180 minuti. Questo trattamento crea strati ossidati sulla particella e sposta il rilascio principale dell’idrogeno verso temperature superiori: da circa 626 °C a circa 646 °C.
La finestra di fusione è stata progettata per arrivare appena prima del massimo rilascio di idrogeno
Le misure sperimentali mostrano che l’intervallo di fusione di AlMg2Si1.2 si sovrappone a circa il 36% del rilascio integrato di idrogeno del TiH₂ pretrattato. In altre parole, una parte del gas inizia a svilupparsi mentre la lega sta progressivamente fondendo, mentre il picco principale arriva quando il materiale ha appena raggiunto o superato la propria temperatura liquidus.
È esattamente la sequenza ricercata dagli autori: prima creare una matrice sufficientemente deformabile e viscosa, poi aumentare la pressione interna attraverso la liberazione dell’idrogeno.
Il fatto che il liquidus misurato sia 646 ±2 °C, praticamente coincidente con il picco di rilascio, è quindi più importante della semplice composizione nominale della lega.
La polvere viene prodotta da una lega già omogenea, non mescolando separatamente alluminio, magnesio e silicio
Un altro punto fondamentale riguarda il feedstock. I ricercatori hanno scelto di produrre una polvere prelegata. Questo significa che ogni singola particella contiene già la composizione Al-Mg-Si desiderata.
Utilizzare invece una miscela di polveri elementari di Al, Mg e Si potrebbe generare particelle con comportamenti di fusione molto differenti. Una particella di alluminio puro fonderebbe in condizioni diverse da una particella ricca di silicio o magnesio. Questo renderebbe meno uniforme la finestra termica nella quale avviene il foaming.
L’omogeneità composizionale è particolarmente importante quando il processo finale deve trasformare un filo compatto in una schiuma con porosità ripetibile.
Prima dell’EIGA è stato necessario produrre enormi elettrodi della lega
La catena sperimentale è articolata. I ricercatori hanno inizialmente preparato la lega partendo da alluminio puro oltre il 99,9%, magnesio oltre il 99,5% e una master alloy AlSi12. Il metallo è stato fuso a 750 °C, mantenuto per circa 150 minuti e degasato con argon.
Sono stati quindi colati cilindri da 150 mm di diametro e 820 mm di altezza, successivamente lavorati ed estrusi con una pressa da 10 MN. Dall’estrusione sono state prodotte barre da 55 mm, successivamente lavorate fino a 50 mm di diametro e 500 mm di lunghezza.
Queste barre non erano ancora il futuro filo WAAM: erano gli elettrodi di alimentazione della macchina EIGA utilizzata per produrre la polvere.
EIGA scioglie l’elettrodo senza utilizzare un crogiolo ceramico
EIGA significa Electrode Induction Melting Inert Gas Atomization. Un elettrodo metallico viene alimentato verticalmente all’interno di una bobina di induzione. Il campo elettromagnetico fonde progressivamente la sua estremità inferiore formando un flusso di metallo liquido che cade direttamente all’interno di una zona di atomizzazione.
Un getto di gas inerte ad alta pressione spezza il flusso in una nube di microgocce. Durante la caduta queste gocce si raffreddano rapidamente e solidificano assumendo una forma prevalentemente sferica.
Il vantaggio storico di EIGA è l’assenza di un crogiolo refrattario a contatto con il bagno fuso. ALD Vacuum Technologies ha sviluppato questa tecnologia soprattutto per materiali reattivi come titanio, zirconio, niobio e tantalio, per i quali una contaminazione proveniente dalla ceramica può essere particolarmente problematica. Nel lavoro di Hannover il processo viene utilizzato invece per ottenere una polvere omogenea della nuova lega di alluminio.
Cinque campagne di atomizzazione mostrano come la pressione dell’argon controlli la granulometria
Gli esperimenti sono stati eseguiti su una macchina EIGA 70–500/VIGA 2B di ALD Vacuum Technologies. Prima dell’atomizzazione la camera veniva evacuata e successivamente riempita con argon con purezza del 99,999%.
Sono state effettuate cinque campagne, modificando la pressione dell’argon fra 16,8 e 23,0 bar mantenendo costanti gas e geometria dell’ugello. Aumentando la pressione, il diametro mediano delle particelle è diminuito da circa 51 µm a 40 µm.
Il risultato è coerente con il funzionamento della gas atomization: aumentando il rapporto fra flusso di gas e flusso di metallo, il getto possiede più energia per frammentare il liquido in gocce più piccole.
Non si tratta però di una relazione perfettamente deterministica. Il fit ottenuto dai cinque esperimenti presenta R² = 0,47, quindi circa metà della dispersione osservata non viene spiegata dal solo rapporto gas/metallo. Oscillazioni della portata di metallo e instabilità momentanee del getto continuano ad avere un ruolo.
La terza campagna è stata scelta come riferimento perché era la più stabile
Il batch numero 3, prodotto a circa 20,3 bar, è stato selezionato per le successive analisi. Durante questa campagna il flusso di metallo è rimasto particolarmente regolare e non sono stati osservati blocchi significativi.
La distribuzione granulometrica era:
d10 = 20 µm, d50 = 44 µm, d90 = 76 µm.
Le immagini SEM hanno mostrato particelle prevalentemente sferiche e pochi satelliti soprattutto nelle classi dimensionali maggiori. Gli aggregati presenti nel materiale as-atomized sono stati quasi completamente eliminati dalla setacciatura, suggerendo che si trattasse prevalentemente di agglomerati debolmente legati e non di difetti permanenti generati durante l’atomizzazione.
Le particelle molto fini scorrono peggio, ma non è un problema decisivo per questa applicazione
La frazione inferiore a 45 µm non è riuscita a fluire né attraverso il Hall funnel né attraverso il più grande Carney funnel. È un comportamento prevedibile: riducendo la dimensione delle particelle aumentano in proporzione le forze di adesione di Van der Waals ed elettrostatiche rispetto alla gravità.
La classe 63–90 µm ha invece mostrato le migliori caratteristiche di flusso. Le frazioni utilizzabili possedevano densità apparenti comprese fra 1,33 e 1,37 g/cm³.
A differenza del PBF, però, il prodotto finale del progetto non deve stendere strati sottilissimi e uniformi di polvere su un build plate. La polvere deve essere compattata ed estrusa in un filo. La flowability rimane importante per il processing, ma non richiede necessariamente gli stessi limiti granulometrici di una LPBF.
La polvere viene compattata quasi alla densità piena prima di essere espansa
Questo può sembrare controintuitivo: per produrre una schiuma i ricercatori partono da un materiale quasi completamente denso.
Le polveri sono state miscelate con 0,7% in peso di TiH₂ e compattate in due fasi. La prima avveniva a temperatura ambiente per 20 minuti con una pressione nominale di circa 800 MPa. Successivamente la matrice veniva portata a 350 °C e la pressione applicata nuovamente per altri 30 minuti.
I precursori ottenuti avevano una massa di circa 25 g, diametro 35 mm e altezza di circa 10 mm. Un campione preparato senza agente schiumogeno ha raggiunto una densità di 2,66 g/cm³, circa il 98,5% della densità teorica della lega.
Questo livello di compattazione è importante perché il futuro filo dovrà comportarsi come un materiale metallico continuo durante alimentazione e saldatura. Non può essere semplicemente una fragile miscela di polvere.
I precursori vengono trasformati in schiuma a 730 °C
Per verificare la capacità di espansione della nuova lega, i compatti sono stati riscaldati in forno a 730 °C per circa 8 minuti e 30 secondi e poi raffreddati in aria.
Sono state confrontate due granulometrie, 45–63 µm e 63–90 µm, con tre campioni per ciascuna classe. L’obiettivo era verificare se la dimensione delle particelle influenzasse significativamente porosità e dimensione delle celle.
La densità finale dei campioni è risultata normalmente compresa fra 1,14 e 1,15 g/cm³, con un campione che ha raggiunto circa 1,0 g/cm³. La densità è quindi inferiore a metà rispetto al materiale compatto di partenza.
La porosità cambia a seconda di come viene misurata
Questo è un dettaglio importante che la notizia sintetica può facilmente perdere. Con il metodo basato sulla densità e sulla pesata di Archimede, i campioni mostrano porosità nell’intervallo circa 56,8–62,4%. Analizzando invece il volume interno mediante X-ray microscopy, XRM, il risultato sale a 64,1–67,7%.
La differenza media è di circa 7,5 punti percentuali.
Non significa che uno dei due metodi sia necessariamente “sbagliato”. La pesata di Archimede può sottostimare la porosità quando il liquido penetra nelle celle aperte collegate alla superficie. L’XRM, invece, analizza un volume interno selezionato e può escludere la pelle superficiale più densa formatasi durante il foaming.
Per questo il dato 64–68% utilizzato nella comunicazione dell’articolo va correttamente identificato come porosità XRM, non come valore unico e assoluto ottenuto con qualsiasi metodo.
La struttura appare prevalentemente a celle chiuse
L’analisi tridimensionale con Zeiss Xradia 520 Versa ha mostrato celle prevalentemente chiuse e relativamente tondeggianti. La sfericità misurata è compresa fra 88,3 e 90,9%.
Il diametro mediano delle celle, d50, è risultato fra 98 e 120 µm, mentre il d90 si colloca fra circa 233 e 348 µm.
Gli autori sottolineano che la distribuzione delle dimensioni è fortemente asimmetrica e per questo preferiscono descriverla attraverso percentili invece della semplice media.
Cambiare la granulometria fra 45–63 e 63–90 µm non ha cambiato significativamente la schiuma
Uno degli esiti più utili dello studio è anche un risultato “negativo”. Non sono emerse differenze statisticamente significative fra le due classi di polvere per porosità, porosità XRM o diametro mediano delle celle.
I test di Welch hanno prodotto p = 0,40 per la porosità calcolata dalla densità, p = 0,84 per quella XRM e p = 0,56 per il diametro d50.
Il campione è piccolo — soltanto tre provini per gruppo — e quindi non consente conclusioni universali, ma nelle condizioni sperimentate la morfologia della schiuma sembra essere governata più fortemente da composizione della lega, contenuto di TiH₂ e trattamento termico che dalla differenza fra queste due granulometrie.
Industrialmente potrebbe essere una buona notizia: se più frazioni della polvere sono utilizzabili, aumenta il yield utile dell’atomizzazione e diminuisce la quantità di materiale fuori specifica.
Il lavoro non dimostra ancora le proprietà meccaniche della schiuma
La porosità del 64–68% è interessante, ma non bisogna trasformarla automaticamente in una promessa di elevata resistenza specifica o capacità di assorbimento energetico.
Il paper pubblicato il 15 settembre si concentra su alloy design, produzione della polvere, melting interval e foamability. Non presenta una campagna completa di compressione, fatica, crash test o damping del nuovo AlMg2Si1.2 espanso.
Le proprietà meccaniche delle schiume metalliche dipendono non soltanto dalla porosità totale, ma da dimensione e distribuzione delle celle, spessore delle pareti, difetti, anisotropia e presenza di pori aperti o chiusi.
Il potenziale per crash structures, vibration damping e lightweighting deriva dalla classe di materiale e dagli obiettivi del progetto, non da prove complete già eseguite su un componente WAAM finale.
Il filo da 1–1,6 mm è ancora il prossimo passaggio
I ricercatori ritengono che la densificazione quasi completa dei precursori renda plausibile l’estrusione della polvere in fili di diametro tipico per WAAM, circa 1,0–1,6 mm. Ma “seems feasible” non equivale a “è stato già dimostrato”.
Produrre un filo di questo tipo aggiunge diverse difficoltà. Il materiale deve sopportare un rapporto di estrusione elevatissimo, mantenere una distribuzione uniforme del TiH₂, essere sufficientemente duttile per l’avvolgimento in bobina e non frammentarsi nel wire feeder.
Deve inoltre rimanere saldabile senza liberare prematuramente una quantità incontrollata di idrogeno nell’arco.
È proprio questo compromesso fra foamability, formability, coilability e weldability che costituisce il nucleo del progetto TRR 375 B02.
Il futuro WAAM dovrà evitare di espandere il filo già durante la deposizione
Qui emerge una delle sfide maggiori. L’arco WAAM porta localmente l’alluminio a temperature molto superiori ai 646 °C necessari per decomporre il TiH₂. Se il materiale viene semplicemente fuso come un normale wire electrode, l’idrogeno potrebbe essere liberato proprio durante la saldatura.
Il progetto mira invece a controllare il processo in modo che sia possibile depositare una geometria e attivare successivamente la schiumatura con una seconda sorgente termica.
Per riuscirci sarà necessario controllare molto attentamente tempi termici, quantità dell’agente schiumogeno e struttura del filo. Il paper attuale non dimostra ancora questa separazione durante una build WAAM.
Esiste già una precedente dimostrazione di alluminio espanso prodotto con WAAM
L’idea generale di combinare WAAM e aluminium foam non nasce nel 2026. Nel 2024 Marcel Köhler e colleghi avevano pubblicato un lavoro su Wire Arc Additive Manufacturing of Aluminum Foams Using TiH₂-Laced Welding Wires.
Quel progetto utilizzava sia metal-cored wire contenenti miscele di polvere e TiH₂ sia fili pieni prodotti tramite continuous powder extrusion. In quel caso la schiuma veniva generata durante la deposizione MIG stessa.
Il nuovo lavoro della Leibniz Universität Hannover segue però un’impostazione diversa. Invece di partire da miscele di polveri elementari o commerciali, sviluppa una lega prealloyed specifica per il processo e punta a separare la deposizione dalla fase di foaming.
È quindi un’evoluzione nella progettazione del materiale e nel controllo del processo, non la prima dimostrazione mondiale che un filo contenente TiH₂ possa essere utilizzato in WAAM.
Un altro studio 2026 ha seguito addirittura una strada opposta: introdurre direttamente idrogeno nel gas di protezione
Nel maggio 2026 un altro gruppo ha pubblicato una ricerca sull’Additive Manufacturing di schiume di alluminio mediante shielding gas contenente H₂. In quella strategia non è necessario incorporare TiH₂ nel wire: l’idrogeno viene introdotto attraverso il gas di protezione e genera la porosità durante il processo.
Le due ricerche mostrano quanto sia ancora aperto il problema della produzione additiva di schiume metalliche. Non esiste un’unica soluzione dominante. Si può incorporare un blowing agent nel filo, utilizzare un cored wire, produrre il filo da una miscela di polveri oppure intervenire direttamente sul gas.
L’approccio Hannover ha il vantaggio potenziale di rendere il contenuto di agente schiumogeno parte di un semi-lavorato controllato e trasportabile, ma introduce una catena di produzione del filo più complessa.
La vera ambizione è ottenere componenti a densità graduata
Se il progetto arriverà alla fase finale, il vantaggio rispetto a una normale schiuma di alluminio prodotta in blocco sarebbe la possibilità di definire dove e quanto espandere il materiale.
Una struttura potrebbe avere una pelle esterna densa, aree interne molto porose e zone intermedie con densità diversa. In pratica, la densità diventerebbe una variabile progettuale locale, in modo simile a come un lattice AM può variare dimensione delle celle e spessore degli strut.
La differenza è che qui non si crea una porosità progettata geometricamente punto per punto. Il materiale viene espanso attraverso la formazione di bolle e la struttura cellulare rimane in parte stocastica. Non è quindi corretto equiparare una schiuma metallica a un lattice CAD controllato.
Schiuma e lattice risolvono problemi simili con una struttura completamente diversa
Un lattice stampato presenta celle e strut progettati esplicitamente nel CAD. La dimensione, l’orientamento e la connettività possono essere controllati con precisione, entro i limiti della macchina.
La schiuma AlMg2Si1.2 contiene invece pori formati attraverso l’espansione di gas. Il progettista può controllare statisticamente densità e processo, ma non decidere la posizione esatta di ciascuna cella.
Il vantaggio della schiuma può essere un riempimento efficiente di volumi complessi e cavità chiuse senza dover depositare migliaia di strut individuali. Può inoltre offrire un comportamento di assorbimento energetico e smorzamento molto differente da un reticolo periodico.
EIGA non è qui la tecnologia additiva: è il processo che permette di preparare il materiale per l’AM
La presenza della parola EIGA può creare confusione. La polvere prodotta dalla Leibniz Universität non è destinata direttamente a essere stesa in una macchina LPBF.
EIGA serve a realizzare una polvere prelegata e omogenea. Questa verrà successivamente mescolata con il blowing agent, consolidata ed estrusa per ottenere il filo. Solo quel filo entrerà infine nella macchina WAAM.
La catena prevista è quindi, in forma semplificata:
lega AlMg2Si1.2 → elettrodo → EIGA → polvere prelegata → TiH₂ → consolidamento/estrusione → filo → WAAM → riscaldamento selettivo → schiuma.
È una filiera complessa, ma serve proprio a controllare in maniera indipendente chimica della lega, distribuzione del blowing agent, deposizione e foaming.
La complessità produttiva dovrà essere giustificata da applicazioni ad alto valore
Se l’obiettivo fosse semplicemente ottenere un blocco di schiuma di alluminio, utilizzare EIGA, compattazione, estrusione in filo, WAAM e una seconda sorgente termica sarebbe difficilmente competitivo con tecniche convenzionali.
Il valore emerge soltanto se l’AM permette di costruire componenti grandi e geometricamente complessi con zone porose collocate dove servono, evitando assemblaggi o riempimenti successivi.
Le applicazioni ipotizzate includono componenti per lightweighting, strutture capaci di assorbire energia d’urto, parti con maggiore damping vibrazionale e strutture cave con foam core integrato.
Il risultato del 2026 è quindi un materiale promettente, non ancora una tecnologia WAAM pronta
Il lavoro della Leibniz Universität Hannover risolve una parte molto specifica ma fondamentale del problema: progettare una lega che abbia una finestra termica compatibile con il TiH₂ senza diventare troppo fragile per la futura trasformazione in filo.
La composizione AlMg2Si1.2 è stata prodotta con successo, atomizzata in modo ripetibile tramite EIGA e trasformata in campioni porosi con circa due terzi del volume occupato da celle secondo XRM. È inoltre significativo che variazioni della granulometria fra 45–63 e 63–90 µm non abbiano modificato in maniera statisticamente significativa la struttura della schiuma nelle condizioni investigate.
Ma la fase probabilmente più difficile viene adesso: trasformare quella polvere in un filo continuo, avvolgibile, alimentabile e saldabile, depositarlo con un arco senza perdere il controllo del TiH₂ e successivamente espandere selettivamente soltanto le zone desiderate.
Se questi passaggi verranno dimostrati, il risultato non sarà semplicemente “WAAM con un filo diverso”. Potrebbe diventare un metodo per produrre grandi strutture metalliche nelle quali la densità del materiale viene programmata dopo la deposizione, combinando nello stesso componente sezioni dense e schiumate. Il paper pubblicato nel settembre 2026 rappresenta però ancora il primo tassello metallurgico di quella catena, non la sua dimostrazione completa.
Questo articolo è stato redatto con il supporto di strumenti di intelligenza artificiale (AI).
