Il LaserApplicationCentre (LAZ) dell’Aalen University sta perfezionando il monitoraggio di processo nella fusione laser su letto di polvere per metalli (PBF-LB/M), utilizzando telecamere industriali ad alta velocità e alta risoluzione di IDS Imaging Development Systems per osservare sia le dinamiche del bagno di fusione (spruzzi, fumi, solidificazione) sia le anomalie statiche negli strati di polvere e nelle geometrie ri-fuse. L’obiettivo è individuare i difetti in anticipo, correlare parametri/qualità e ottimizzare le finestre di processo per componenti complessi destinati ad aerospazio, automotive e medicale.
Setup sperimentale: doppio canale di osservazione dinamica e statica
Per l’osservazione “globale” e dinamica del processo PBF-LB/M, il team impiega la USB3 uEye CP U3-3040CP-C-HQ Rev.2.2 di IDS, basata su sensore Sony Pregius IMX273 (1,58 MP a 1456×1088 px fino a ~251 fps) con ottima sensibilità in bassa luce e ampia dinamica; per l’analisi “statica” ad alta risoluzione degli strati di polvere e delle geometrie ri-fuse usa la USB3 uEye SE U3-3990SE Rev.1.2 con Sony Pregius S IMX541 (20,36 MP, 4512×4512 px, pixel 2,74 µm), in grado di rilevare difetti < 40 µm su campi di 100×100 mm. Le sequenze sono acquisite e organizzate con IDS peak per creare dataset di valutazione parametri e tracciamento errori.
Materiale chiave: FeSi6.5 per statori a flusso trasversale
Il LAZ ha stampato cubetti di prova e semi-gusci di statore per macchine a flusso di flusso trasversale (TFM) in FeSi6.5 (ferrosilicio al 6,5% in peso di Si), una lega morbida magnetica ad alta resistività, bassa magnetostrizione e potenziale per riduzione delle perdite per correnti parassite e aumento della densità di potenza. Il materiale è fragile e difficile da processare con metodi tradizionali, il che rende la PBF-LB/M e un monitoraggio fine dei parametri particolarmente rilevanti.
Perché il monitoraggio conta: correlare parametri, difetti e prestazioni
La combinazione di osservazione dinamica (spruzzi, fumo, stabilità del bagno) e ispezione statica (uniformità del letto, difetti intra-strato) consente di legare laser power, scan speed, hatch e strategie di esposizione a difetti sub-superficiali e metriche di qualità della parte, abilitando campioni e componenti funzionali (come gli statori) con proprietà mirate. Il LAZ prevede di integrare metodi data-driven e machine learning per automatizzare l’analisi delle sequenze e migliorare ulteriormente efficienza di processo e sostenibilità.
Zoom sulle telecamere industriali impiegate (IDS) e sui sensori (Sony)
La U3-3040CP (famiglia uEye CP, 29×29×29 mm, USB3 Vision 5 Gbps) con IMX273 a global shutter garantisce immagini prive di distorsioni a frame rate elevato, utili per stimare numero/traiettoria degli spruzzi e variazioni del plume; la U3-3990SE (famiglia uEye SE) con IMX541 Pregius S retroilluminato offre 20,36 MP e QE migliorata per distinguere disomogeneità sottili nello strato di polvere e nelle geometrie ri-fuse.
Contesto tecnico: PBF-LB/M e linee di sviluppo su materiali magnetici
La PBF-LB/M rende possibili geometrie magnetiche 3D (es. canalizzazioni del flusso, strutture di raffreddamento integrate) non fabbricabili in lamierini convenzionali; contemporaneamente, per leghe come FeSi6.5 la letteratura mostra come la selezione dei parametri e il design geometrico (es. pattern spiral-like o sezionamenti) riduca le perdite a frequenza elevata, con sfide strutturali affrontabili via incapsulamenti e multimateriale.
L’istituzione e l’ecosistema
Il LaserApplicationCentre fa parte della School of Applied Photonics di Aalen e collabora con i programmi di Process Engineering and Management e Advanced Materials and Manufacturing, con una pipeline di ricerca che include produzione sostenibile, processi laser, modifica superficiale/volumetrica e tecniche di giunzione—terreno fertile per integrare sensori, visione e IA nei flussi PBF-LB/M.
Le aziende coinvolte
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IDS Imaging Development Systems (Obersulm, Germania): telecamere industriali USB/GigE/3D e piattaforme con IA integrata; marketplace visionpier per soluzioni di visione pronte all’uso.
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Sony Semiconductor Solutions: famiglie Pregius e Pregius S con global shutter e architettura retroilluminata per alte prestazioni metrologiche.
