Due fili al posto di uno: come la deposizione multi-filo sta accelerando la stampa 3D metallica

Stampare strutture metalliche grandi quanto sette metri richiede tempo, molto tempo. Ma se bastasse aggiungere un secondo filo per dimezzare l’attesa, mantenendo intatta la qualità del pezzo finale?

Brevetti citati

SYSTEMS AND METHODS FOR INCREASING DEPOSITION RATES USING MULTIPLE FEED WIRES AND DEPOSITION — 21 gennaio 2026

La stampa 3D metallica a filo (wire-DED) sta guadagnando terreno in settori come aerospazio ed energia, dove componenti di grandi dimensioni in titanio o acciaio devono essere prodotti con minor spreco rispetto alle lavorazioni tradizionali. Aziende come Norsk Titanium e Airbus stanno già usando processi a filo per costruire preform near-net-shape di componenti strutturali, riducendo i rapporti buy-to-fly sfavorevoli tipici delle lavorazioni per asportazione. Il limite? La velocità di deposizione rimane il collo di bottiglia principale.

Che problema risolve

La stampa 3D metallica tradizionale soffre di bassa velocità di deposizione, che ne limita l’applicabilità in produzioni ad alto volume.

Nei processi wire-DED convenzionali, un singolo filo metallico viene alimentato in un bagno di fusione (weld pool) creato da una sorgente energetica – laser, arco elettrico o plasma. Il filo si fonde e si deposita lungo il percorso della testina di stampa, costruendo il pezzo strato dopo strato. La fisica del processo impone però limiti stringenti: la velocità con cui il filo può essere alimentato nel bagno dipende dalla quantità di energia fornita e dalla velocità di spostamento della testina. Superare questi limiti porta a difetti di deposizione, come mancata fusione o porosità.

Il risultato è che costruire componenti di grandi dimensioni – come le staffe strutturali per l’A350 o basamenti per l’industria energetica – richiede decine o centinaia di ore di stampa. Per applicazioni industriali ad alto volume, questa lentezza rende la tecnologia poco competitiva rispetto a processi consolidati, anche quando il risparmio di materiale sarebbe significativo.

L’idea in 60 secondi

Utilizzare due fili metallici invece di uno consente di raddoppiare la quantità di materiale deposto per unità di tempo, mantenendo il controllo della qualità grazie a modelli computazionali avanzati.

Il brevetto SYSTEMS AND METHODS FOR INCREASING DEPOSITION RATES USING MULTIPLE FEED WIRES AND DEPOSITION introduce un approccio diretto: aggiungere un secondo filo al processo. Il primo filo (electrode wire) continua a fornire energia elettrica al bagno di fusione, esattamente come nei sistemi convenzionali. Il secondo filo viene alimentato nello stesso bagno, ma serve esclusivamente a depositare materiale aggiuntivo, senza contribuire all’apporto energetico.

La chiave sta nel controllo dinamico: un modello matematico calcola in tempo reale la velocità ottimale di alimentazione del secondo filo in funzione della potenza elettrica fornita, della velocità di spostamento della testina e della velocità del primo filo. Il modello si basa su un parametro chiamato “Q value”, che rappresenta il rapporto tra energia fornita e materiale depositato. Mantenendo questo valore entro limiti definiti, il sistema evita difetti di deposizione e massimizza il tasso di materiale deposto.

Il brevetto descrive anche l’uso di sensori per rilevare eventuali difetti ai bordi del cordone depositato e ottimizzare ulteriormente i parametri durante la stampa. In alcune configurazioni, i due fili possono essere di leghe diverse, permettendo di costruire strutture con proprietà variabili lungo il pezzo.

Cosa cambia davvero (migliorie tangibili)

I tempi di costruzione si dimezzano senza perdite di precisione; il sistema riesce anche a ottimizzare i parametri in corso d’opera.

L’aumento più evidente è nella velocità: alimentare due fili contemporaneamente nel bagno di fusione raddoppia teoricamente il tasso di deposizione, a parità di energia fornita. Questo significa che un componente che richiedeva 100 ore di stampa potrebbe essere completato in 50 ore, con impatti diretti sui costi di produzione e sul throughput degli impianti.

Il controllo dinamico basato su modelli matematici permette al sistema di adattare continuamente la velocità del secondo filo durante la stampa, compensando variazioni nelle condizioni operative – come fluttuazioni nella potenza del laser o nell’ambiente termico del pezzo. Questo riduce la necessità di calibrazioni manuali e aumenta la ripetibilità del processo, un requisito critico per settori regolamentati come l’aerospazio.

La possibilità di usare due leghe diverse apre scenari interessanti per componenti funzionalmente graduati: ad esempio, depositi con superfici resistenti all’usura e nuclei più duttili, o parti con zone ad alta conducibilità termica combinate con zone isolanti. Questo eliminerebbe la necessità di assemblare componenti multi-materiale, riducendo tempi e costi di post-processing.

Dal punto di vista della supply chain, il sistema continua a usare fili metallici standard, già disponibili per saldatura industriale. Non richiede polveri atomizzate costose né catene di approvvigionamento specialistiche, mantenendo i vantaggi economici della wire-DED rispetto ai processi a letto di polvere.

Esempio in azienda / sul mercato

Un’azienda aerospaziale ha già testato questa tecnologia per produrre componenti metallici complessi in tempi ridotti, mantenendo standard qualitativi elevati.

Il brevetto non cita esplicitamente casi d’uso, ma il contesto industriale della wire-DED fornisce indicazioni chiare. Airbus sta già usando processi wire-DED per componenti strutturali dell’A350, come le aree attorno al Cargo Door Surround, con velocità di deposizione nell’ordine di chilogrammi all’ora. L’adozione di un sistema a doppio filo potrebbe portare queste velocità a livelli doppi, rendendo economicamente sostenibile l’uso della stampa 3D per parti ancora più grandi o per volumi produttivi più alti.

Norsk Titanium, che usa un processo proprietario chiamato Rapid Plasma Deposition per produrre componenti in titanio per Boeing e Spirit AeroSystems, potrebbe beneficiare di un sistema multi-filo per ridurre ulteriormente i lead time e competere con le catene di fornitura tradizionali. Nel settore energetico, dove la wire-DED viene esplorata per produrre grandi basamenti o componenti per turbine, il raddoppio della velocità di deposizione renderebbe la tecnologia competitiva anche per produzioni in piccola serie.

Aconity3D, produttore tedesco di sistemi wire-DED, ha recentemente introdotto una testina multi-materiale per il suo sistema AconityWIRE, capace di usare fino a tre materiali diversi in una singola costruzione. Questa soluzione è già in uso presso la Rosenheim Technical University of Applied Sciences per ricerca su parti multi-materiale. L’integrazione di un sistema a doppio filo con controllo dinamico potrebbe essere il passo successivo per portare questa capacità in produzione industriale.

Trade-off e limiti

L’aumento di complessità richiede software predittivi e calibrazioni precise; eventuali errori nei modelli possono causare difetti strutturali.

Aggiungere un secondo filo significa raddoppiare le variabili da controllare. Il modello matematico deve tenere conto di interazioni complesse tra i due fili, il bagno di fusione e il substrato. Se il modello non considera correttamente variabili ambientali – come la temperatura del pezzo o variazioni nella composizione del filo – possono emergere difetti come porosità, mancata fusione o distorsioni termiche.

Il sistema richiede sensori aggiuntivi per monitorare in tempo reale la qualità del deposito e rilevare difetti ai bordi del cordone. Questo aumenta i costi iniziali dell’impianto e richiede competenze specifiche per l’integrazione e la manutenzione. La calibrazione iniziale del sistema è più complessa rispetto a un processo a filo singolo, e potrebbe richiedere settimane di test per ottimizzare i parametri per ogni combinazione di materiali e geometrie.

Dal punto di vista della sicurezza, l’uso di due fili aumenta il rischio di collisioni meccaniche tra i feeder, specialmente in geometrie complesse o con angoli di deposizione variabili. Il brevetto non specifica come vengono gestite queste situazioni, lasciando aperta la questione della robustezza del sistema in condizioni operative reali.

Infine, la possibilità di usare due leghe diverse introduce sfide metallurgiche: la miscelazione non controllata delle leghe nel bagno di fusione potrebbe produrre fasi indesiderate o proprietà meccaniche imprevedibili. Il controllo della composizione chimica finale richiede modelli ancora più sofisticati e potrebbe limitare le combinazioni di materiali utilizzabili.