Lo sviluppo di nuovi strumenti per il monitoraggio dei processi industriali rappresenta oggi un elemento chiave per l’industrializzazione della manifattura additiva. In particolare, nella fusione a letto di polvere di polimeri (PBF) usata per la stampa di oggetti 3D, la maggior parte dei sistemi di monitoraggio in commercio si limita ad osservare solo la superficie, mentre molti fenomeni decisivi avvengono all’interno del materiale. Ed è soprattutto durante il raffreddamento che si determinano le proprietà finali dei componenti: variazioni anche minime nelle velocità di raffreddamento tra parti prodotte nello stesso ciclo possono generare microstrutture diverse e, di conseguenza, proprietà meccaniche non uniformi.
Il progetto uTEAM ha affrontato questa sfida sviluppando una tecnologia di monitoraggio basato sulle microonde. A differenza delle termocamere tradizionali, le microonde penetrano nei materiali e sono in grado di misurare la temperatura all’interno degli oggetti sia durante che dopo la stampa. Questo consente di ricostruire mappe tomografiche termiche e ottenere un profilo termico volumetrico completo dell’intera camera di stampa. In altre parole, è possibile “vedere” come varia la temperatura in tutto il volume, monitorando contemporaneamente tutti i componenti, anche durante la fase più delicata del processo.
“Le microonde permettono di accedere a informazioni finora invisibili, aprendo la strada a processi più controllati e affidabili” spiega Samuel Poretti, responsabile dell’area scientifica Elettronica analogica e radiofrequenza, telecom e sistemi per l'imaging dell’ISEA. “Le possibili applicazioni sono molte: dal controllo qualità avanzato alla regolazione in tempo reale dei parametri di stampa, fino alla riduzione degli scarti e allo sviluppo di modelli predittivi basati su machine learning. I benefici sono particolarmente rilevanti in settori ad alta precisione come aerospazio, automotive e medicale”.
Avere accesso ai profili di temperatura interni permette anche di migliorare direttamente il processo produttivo. Ad esempio, ottimizzando le “rampe di temperatura” durante il raffreddamento, adattando i parametri laser in base alla posizione dei pezzi o sviluppando algoritmi di pre-processing per migliorare la disposizione delle parti nella camera di stampa. Questi dati sono utili ai produttori di macchinari, ma anche agli utenti finali, perché permettono di sviluppare modelli predittivi del profilo termico sempre più accurati, inclusi approcci basati su tecniche di machine learning, capaci di migliorare la qualità e la ripetibilità della produzione. In prospettiva, questi sistemi potrebbero automatizzare completamente i processi di stampa, con regolazioni in tempo reale, maggiore uniformità tra i pezzi e una significativa riduzione della variabilità delle proprietà meccaniche.
Il progetto Eurostar uTEAM è il risultato della collaborazione di più partner con competenze complementari: l’Istituto sistemi e elettronica applicata (ISEA) della SUPSI, responsabile dello sviluppo tecnologico legato alla misura dei segnali a microonde; Università di Genova (UNIGE), che ha progettato gli algoritmi per la ricostruzione delle mappe termiche; INSPIRE AG, incaricata di analizzare il comportamento dei polimeri e sviluppare miscele performanti sotto il profilo meccanico ed elettrico; FOS Italia, coordinatrice del progetto e responsabile dell’integrazione delle diverse componenti; Schleiss RTPech di San Gallo, che ha fornito le stampanti, il supporto meccanico e l’accesso ai test sperimentali.
Grazie alla sinergia tra questi partner, uTEAM ha compiuto un passo decisivo verso una nuova generazione di strumenti di monitoraggio per la manifattura additiva, contribuendo a potenziare l’affidabilità, la qualità e la sostenibilità a lungo termine della fusione a letto di polvere di polimeri.