L’industria dell’alluminio, un pilastro fondamentale per numerosi settori manifatturieri, dalla mobilità all’edilizia, si confronta costantemente con la sfida della purezza del metallo. La presenza di inclusioni non metalliche nelle fusioni di alluminio può compromettere significativamente la qualità dei componenti finali, portando a difetti, rotture e inefficienze produttive. Una nuova tecnologia sviluppata dal Fraunhofer Institute for Nondestructive Testing IZFP promette di affrontare questa problematica alla radice, offrendo un metodo di rilevamento in tempo reale delle impurità.
Il progetto di ricerca è stato recentemente insignito del Premio Joseph von Fraunhofer, un riconoscimento che sottolinea il valore e l’impatto delle ricerche portate avanti dall’istituto tedesco.
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Il problema delle inclusioni nella produzione di alluminio
L’alluminio è apprezzato per la sua leggerezza, la resistenza alla corrosione e l’eccellente conducibilità. Tuttavia, durante il processo di fusione, il metallo può essere contaminato da particelle indesiderate, come ossidi, carburi o nitruri. Queste inclusioni, se non rilevate e rimosse, possono agire come punti di innesco per crepe o rotture nei prodotti finiti, riducendone l’affidabilità e la durata. Nell’industria automobilistica o aerospaziale, dove i requisiti di sicurezza e performance sono elevatissimi, la presenza di tali difetti non è ammessa.
I metodi tradizionali per il controllo della qualità delle fusioni si basano principalmente su analisi offline di campioni prelevati dal bagno di fusione. Questo approccio presenta limiti evidenti: è dispendioso in termini di tempo, non fornisce una visione completa dell’intera massa fusa e i risultati arrivano spesso troppo tardi per poter intervenire efficacemente sul processo produttivo. Di conseguenza si verificano scarti di materiale, interruzioni della produzione e un aumento dei costi complessivi. La necessità di un sistema di monitoraggio continuo e affidabile è quindi sentita da tempo da chi opera in questo settore.
Una soluzione a ultrasuoni per il monitoraggio in tempo reale
Il team di ricercatori del Fraunhofer IZFP, composto dal Dr. Oliver Nemitz, dal Dr. Walid Sidki e dal Dipl.-Ing. (FH) Martin Rabotyagov, ha sviluppato un sistema innovativo basato sulla tecnologia a ultrasuoni, capace di ispezionare il 100% della fusione di alluminio prima che questa venga colata. La peculiarità di questa soluzione risiede nella capacità di operare direttamente sul metallo fuso, a temperature che possono raggiungere gli 800 gradi Celsius.
Il cuore del sistema è un sensore a ultrasuoni appositamente progettato, realizzato con una lega metallica speciale e dotato di una finestra acustica raffreddata ad acqua che ne permette l’immersione nel bagno di alluminio liquido. Il sensore emette impulsi ultrasonori che si propagano attraverso la fusione; quando questi impulsi incontrano un’inclusione, vengono riflessi e captati nuovamente dal sensore.
Analizzando i segnali di ritorno, il sistema è in grado di rilevare particelle contaminanti con dimensioni fino a 50 micrometri, fornendo un feedback immediato sulla qualità del metallo. L’informazione in tempo reale consente agli operatori di adottare misure correttive, come filtrare ulteriormente la fusione o deviarla se non conforme agli standard richiesti, evitando così la produzione di oggetti difettosi.
I vantaggi economici e ambientali della nuova tecnologia
L’implementazione di questo sistema di monitoraggio inline offre molteplici benefici. Innanzitutto si ottiene un miglioramento sostanziale della qualità e dell’affidabilità dei componenti in alluminio.
La riduzione degli scarti e dei difetti di produzione si traduce poi direttamente in un risparmio di materiali e di energia, contribuendo agli obiettivi di sostenibilità e supportando i principi dell’economia circolare.
Le fonderie possono attendersi una diminuzione significativa dei costi legati alle non conformità, stimabile in milioni di euro all’anno per impianti di medie e grandi dimensioni.
Inoltre la capacità di garantire una maggiore purezza dell’alluminio apre la strada a nuove applicazioni, specialmente nei campi della costruzione leggera, dove la riduzione del peso dei componenti è fondamentale per migliorare l’efficienza energetica, come nel settore automobilistico per i veicoli elettrici o nell’industria aerospaziale.
L’ottimizzazione dei processi produttivi e la riduzione degli sprechi energetici comportano anche una diminuzione dell’impronta di carbonio associata alla produzione di alluminio.
Il premio Joseph von Fraunhofer
Il conferimento del Premio Joseph von Fraunhofer 2025 al progetto “Ultrasound reliably detects inclusions in aluminum melts” rappresenta un’importante attestazione del valore scientifico e dell’applicabilità industriale di questa ricerca.
Il premio, assegnato annualmente dalla Fraunhofer-Gesellschaft, celebra i risultati eccezionali ottenuti dai suoi ricercatori, capaci di tradurre le scoperte scientifiche in soluzioni concrete per l’industria e la società. Essere selezionati tra i tre vincitori sottolinea l’impatto potenziale di questa tecnologia nel migliorare un processo industriale chiave.
Il riconoscimento non è solo simbolico; il premio di 50.000 euro fornisce un ulteriore incentivo per la prosecuzione della ricerca e per la diffusione della tecnologia.
