La stampa 3D aiuta l’elastocalorica a uscire dal laboratorio e ad avvicinarsi ai sistemi di raffreddamento e riscaldamento reali
Un nuovo passaggio per la climatizzazione senza refrigeranti
Alla Hannover Messe, l’Università del Saarland ha mostrato un filone di ricerca che unisce scienza dei materiali e produzione additiva per rendere più concreta l’elastocalorica, cioè una tecnologia di raffreddamento e riscaldamento che usa leghe a memoria di forma invece dei fluidi refrigeranti convenzionali. Il gruppo guidato da Paul Motzki lavora su elementi attivi in nichel-titanio che, se sottoposti a trazione o compressione e poi rilasciati, cedono e assorbono calore. In questa impostazione il materiale non è un semplice componente strutturale: è il mezzo stesso con cui il sistema trasferisce energia termica. L’interesse per questa strada nasce dal fatto che può evitare refrigeranti climalteranti e ridurre la dipendenza da olio e gas nei sistemi di climatizzazione.
Come funziona il principio fisico dell’elastocalorica
Il cuore del processo è il comportamento della lega nickel-titanium, spesso indicata anche come NiTi o nitinol. A temperatura ambiente il materiale si trova in una fase cristallina che, sotto sollecitazione meccanica, può trasformarsi in un’altra fase. Durante questo passaggio la lega rilascia calore; quando il carico viene rimosso e la struttura ritorna allo stato iniziale, il materiale sottrae calore all’ambiente circostante. In pratica, tirando o comprimendo fili, lamine o altre geometrie di NiTi si può spostare calore da una zona all’altra. Un aspetto utile, sottolineato dal gruppo di Saarbrücken, è che il materiale può anche fornire informazioni sul proprio stato di deformazione attraverso la variazione della resistenza elettrica, riducendo la necessità di sensori separati.
Perché la stampa 3D è importante in questa fase dello sviluppo
Finora molta ricerca elastocalorica si è concentrata su fasci di fili sottilissimi e su lamine. Il passaggio alla stampa 3D apre invece la possibilità di costruire geometrie interne più complesse, con superfici elevate e percorsi fluidici più adatti allo scambio termico con aria o acqua. È proprio su questo fronte che si inserisce il lavoro con il team di Dirk Bähre: strutture in nichel-titanio con porosità, cavità interne e forme studiate per aumentare il contatto fra materiale attivo e fluido. In altre parole, la produzione additiva non serve qui solo a “fabbricare un pezzo”, ma a migliorare il modo in cui il componente trasferisce il calore, che è la funzione centrale dell’intero sistema.
Il nodo tecnico non è solo il raffreddamento, ma la durata nel tempo
Perché la tecnologia diventi davvero utilizzabile in frigoriferi, veicoli o impianti industriali, non basta dimostrare l’effetto termico. Servono materiali che resistano a cicli ripetuti, soluzioni di manutenzione semplici e componenti sostituibili senza interventi complessi. Paul Motzki indica come obiettivo una durata superiore al milione di cicli almeno per alcune configurazioni a fascio di fili, affiancata da una progettazione che renda rapido il cambio del materiale quando la fatica meccanica inizia a compromettere le prestazioni. Questa attenzione a vita utile, affidabilità e sostituibilità segnala che il lavoro si sta spostando dalla dimostrazione di principio verso la progettazione di sistemi che possano funzionare con continuità.
Dal prototipo da fiera ai sistemi per edifici e veicoli
Il gruppo dell’Università del Saarland e di ZeMA non parte da zero. Nel 2025 mostrava già un mini-frigorifero elastocalorico e indicava un percorso di sviluppo verso applicazioni per veicoli e climatizzazione. In quel dimostratore, fasci di fili in nitinol spessi circa 200 micron venivano mossi continuamente lungo una camera di raffreddamento, raggiungendo temperature interne di circa 15 °C. Lo stesso gruppo dichiarava anche un obiettivo di commercializzazione entro cinque anni per alcune applicazioni. Questi dati non equivalgono a un prodotto pronto per il mercato, ma mostrano che la ricerca non è più limitata a campioni di materiale testati al banco.
Il quadro industriale e i partner coinvolti
Accanto all’Università del Saarland e a ZeMA, il percorso di sviluppo comprende anche partner industriali e un consorzio europeo più ampio. Il progetto SMACool, finanziato dall’European Innovation Council, punta a realizzare un’unità di climatizzazione per edifici residenziali basata sull’elastocalorica. Secondo l’Università del Saarland e CORDIS, il consorzio include le università di Saarbrücken, Lubiana e Napoli Federico II, oltre all’azienda irlandese Exergyn. Altri riferimenti industriali compaiono nelle attività di caratterizzazione e trasferimento tecnologico, dove il gruppo segnala collaborazioni con Ingpuls GmbH; inoltre, nel 2025 l’università indicava anche mateligent GmbH come veicolo per il trasferimento verso applicazioni commerciali. Questo aspetto è rilevante perché mostra che il tema non viene trattato come sola ricerca accademica, ma come filiera che include materiali, test, simulazione, prototipazione e valorizzazione industriale.
La geometria conta anche dal punto di vista ambientale
Un aspetto interessante emerso dalla letteratura recente è che, nei componenti elastocalorici in NiTi prodotti con powder bed fusion, la geometria non incide solo sullo scambio termico ma anche sull’impatto ambientale complessivo. Uno studio di life cycle assessment ha mostrato che geometrie ottimizzate possono ridurre diversi indicatori di impatto pur richiedendo più energia in fase di stampa, perché il risparmio di materiale compensa ampiamente l’aumento dei consumi elettrici. Lo stesso lavoro segnala inoltre che il nichel è fra gli input più gravosi in molte categorie ambientali. Questo rende il tema della progettazione additiva ancora più centrale: migliorare la forma del componente significa agire insieme su prestazioni termiche, quantità di materiale e impatto complessivo del processo.
Perché questa ricerca merita attenzione
Il punto più interessante non è soltanto l’uso del 3D printing nel nichel-titanio, ma il fatto che la stampa additiva venga impiegata per affrontare uno dei limiti classici dell’elastocalorica: trasformare un effetto fisico noto in un dispositivo pratico, durevole e integrabile in sistemi reali. L’Università del Saarland, ZeMA, Exergyn, Ingpuls e gli altri partner del programma SMACool stanno lavorando proprio su questo passaggio: dalla lega che cambia fase al componente che scambia calore in modo efficiente, dal banco prova al modulo per edifici, dal risultato di laboratorio a una tecnologia che possa essere mantenuta, simulata, prodotta e sostituita in modo ragionevole.
