Un laboratorio di ricerca di livello mondiale al servizio della comunità laser
Il laser è un elemento importante della lavorazione della lamiera, e da sempre su Deformazione ha un ampio spazio. Il Politecnico di Milano ha fondato nel 1999 SITEC, il laboratorio per le Applicazioni Laser del Dipartimento di Meccanica, che è stato il primo centro universitario italiano a testare un laser in fibra attiva ad alta potenza, molto utilizzato per il taglio lamiera. Ce ne parla Ali Gökhan Demir, Professore Associato del Politecnico di Milano.
SITEC è il Laboratorio per le Applicazioni Laser del Dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano. SITEC risiede all’interno della sezione di Tecnologie Meccaniche e Produzione nel Campus di Bovisa, e svolge attività didattica e di ricerca, di base e applicata sui principali processi di lavorazione laser nonché di divulgazione della cultura laser e della sicurezza laser. Attualmente, il SITEC è composto da un team internazionale con più di 40 persone tra cui 3 docenti, 15 tra dottorandi e assegnisti di ricerca e più di 20 tesisti.
SITEC nasce nel 1999 presso la sede del politecnico di Milano a Lecco su iniziativa del Dipartimento di Meccanica, per espandere il campo di ricerca del manifatturiero nel settore delle lavorazioni con questo nuovo utensile fotonico. Il prof. Edoardo Capello ha fondato il gruppo nel campus di Lecco del Politecnico di Milano. Inizialmente si trattava di un team molto piccolo, costituito dal prof. Edoardo Capello e da Barbara Previtali, allora ricercatrice junior. A Lecco il gruppo di ricerca ha svolto le prime attività operando con laser CO2 ad alta potenza per processi di saldatura e trattamento termico, oltre a laser allo stato solido Nd:YAG per la riparazione di stampi. Fin dai primi giorni, il laboratorio SITEC ha dialogato e si è inserito nel tessuto industriale laser nella provincia di Lecco, per poi espandersi in Lombardia e presto nel territorio nazionale, arrivando infine a interagire a livello nazionale e internazionale. Diverse pietre miliari segnano la storia del laboratorio.
SITEC è stato il primo laboratorio universitario italiano a testare un laser in fibra attiva ad alta potenza per processi produttivi nel 2000 insieme a IPG Photonics Italia. Nel 2007 il gruppo si è trasferito nel campus di Bovisa, con una maggiore interazione con le strutture di ricerca del Dipartimento di Meccanica. All’epoca, i processi manifatturieri laser erano già stati inseriti nel programma didattico del percorso di Laurea Magistrale in Ingegneria Meccanica e diversi tesisti hanno iniziato a svolgere attività tesi in questo campo. Nel 2008 il testo di riferimento “Lavorazioni Industriali Mediante Laser di Potenza” è stato pubblicato dal prof. Edoardo Capello ed è ancora oggi il riferimento all’interno della letteratura italiana italiano sia per gli studenti che per i professionisti dell’industria. Dal 2009 la prof.ssa Barbara Previtali assume la guida del gruppo di ricerca e in concomitanza inizia la collaborazione con BLM Group, che sarà partner fondamentale per i successivi anni. SITEC è stato anche il catalizzatore per la creazione di un network per la comunità scientifica e industriale laser. Nel 2008 nasce Promozione L@ser come una delle sezioni dell’AITEM – Associazione Italiana delle Tecnologie Manifatturiere, ideata per promuovere la ricerca industriale e accademica nel settore manifatturiero laser. A breve giro, nel 2011, è stata fondata la Scuola Sicurezza Laser per formare addetti alla sicurezza laser in collaborazione con i produttori di sistemi e gli end-user.
Un laboratorio all’avanguardia per la manifattura laser
SITEC ha continuato la sua attività di promotore della tecnologia laser verso l’industria italiana tramite l’organizzazione di workshop e convegni. Nel 2008 le prime due edizioni del workshop “Le Sorgenti in Fibra” danno il via a una serie di eventi che raccolgono una partecipazione molto elevata. Nel 2011 l’evento diventa “Alta Brillanza”, un convegno con organizzazione biennale che prosegue fino al 2015 con più di 200 partecipanti per evento. I workshop sono stati luogo di dibattito dei temi di maggiore interesse nel campo delle lavorazioni laser, a partire dal confronto tra laser in fibra attiva verso sorgenti a CO2. Nel 2020, SITEC ha appoggiato la nascita della sezione LaserEMobility all’interno dell’AITEM, di cui il prof. Ali Gökhan Demir è responsabile scientifico, in collaborazione con il prof. Alessandro Fortunato dell’Università di Bologna e il prof. Michael Zäh della TU Munich. Questo nuovo gruppo di lavoro si propone di sostenere l’innovazione in un settore in rapida crescita con una forte partecipazione della comunità internazionale quale le lavorazioni laser nella produzione dei mezzi di trasporto di nuova generazione. La sezione ha tenuto nei due anni scorsi un workshop, LaserEMobility Workshop, che nell’ultima edizione si è confermato un evento internazionale con più di 200 partecipanti appartenenti a 20 paesi.
Oggi SITEC è un laboratorio all’avanguardia nel settore della manifattura laser, con sorgenti dell’ultima generazione, sistemi di movimentazione del fascio, macchinari automatizzati sia cartesiani che robotizzati, dispositivi per il monitoraggio dei processi, analisi dei dati e software per la simulazione. Il laboratorio è caratterizzato da un’elevata dinamicità e flessibilità nella configurazione di nuovi sistemi laser, che consentono la realizzazione di dimostratori di macchinari per la prossima generazione produzione. Gli attuali temi di ricerca del laboratorio si sviluppano seguendo i principali temi industriali attivi, tra cui: taglio laser con monitoraggio attivo e controllo di processo; saldatura laser robotizzata con elevata flessibilità e programmazione semplificata; lavorazioni laser per la mobilità elettrica; produzione additiva robotizzata mediante deposizione diretta con polvere e/o filo; fusione laser a letto di polvere con sistemi di scansione avanzata; microlavorazioni laser basate tra cui ablazione, nanodeposizione di materiale e modifiche superficiali; saldatura laser manuale; wire arc additive manufacturing – Produzione additiva mediante arco elettrico.
Attualmente le attrezzature con cui è equipaggiato il laboratorio sono: impianto combinato di taglio laser lamiera e tubo con laser fibra da 6 kW LC5 (BLM Group); cella di saldatura laser robotizzata flessibile Alphetta (BLM Group) con sorgente laser in fibra da 6 kW e testa wobbler; cella per lo sviluppo di soluzioni per il settore dell’e-mobility con sistemi di lavorazione laser remote per la saldatura, stripping, cleaning e ablazione con diversi sistemi laser tra cui una sorgente in fibra multimodo da 5 kW con possibilità di beam shaping in sorgente, un laser in fibra verde da 100 W e una sorgente laser impulsata ai nanosecondi da 50 W; sistema di Laser Induced Forward Transfer (LIFT) per la produzione additiva multimateriale a elevata precisione; cella per le microlavorazioni laser con sorgenti laser impulsate ai fs, ps e ns ad alta potenza; cella robotizzata WAAM con generatore d’arco Cold Metal Transfer (CMT).
Punto di contatto tra accademia e industria
SITEC offre diverse forme di collaborazione con le aziende, ricercatori e studenti. I docenti del gruppo di ricerca SITEC insegnano nei corsi di ingegneria e design, e sono disponibili a fornire corsi di teorici e pratici alle aziende. SITEC svolge progetti di ricerca con le aziende dalla fase di proof-of-concept fino all’implementazione industriale dei processi, che hanno portato al deposito di tre domande di brevetto all’anno. A questi numeri si aggiungono circa 10 contratti industriali all’anno con partner industriali sia nazionali sia internazionali e diversi progetti di ricerca finanziati dalla Italia e dall’UE. Il gruppo di ricerca comunica i risultati ottenuti mediante pubblicazione, pari a circa 20 o più articoli su riviste scientifiche ogni anno. SITEC mantiene stretti rapporti di collaborazione con istituti di ricerca internazionali con attività pluriennali attive in tutto il mondo. Il team ospita ogni anno circa cinque ricercatori da parte di istituti esteri e al contempo collabora con altri circa cinque studenti e ricercatori che rimangono in visita presso istituti partner. Sempre nell’ambito della ricerca scientifica e didattica SITEC ha più di 20 tesisti di laurea magistrale attivi ogni anno, che portano avanti gli studi sulle applicazioni laser industriali.
Con gli sviluppi tecnologici delle sorgenti laser e il conseguente abbassamento dei costi della tecnologia, la richiesta di informazioni e conoscenza nel settore è in costante crescita. Nell’arco del prossimo decennio vi sarà un notevole incremento nell’utilizzo dei sistemi di produzione laser che vedono l’utilizzo di questo strumento digitale per il miglioramento di tecnologie attualmente esistenti e per lo studio della prossima generazione di processi industriali. A oggi, è possibile osservare come l’utilizzo della tecnologia laser abbia migliorato l’efficienza di diversi processi industriali, quali il taglio e la saldatura di materiali metallici. Recenti sviluppi nelle tecniche di saldatura e pulitura laser manuali mostrano come queste tecniche siano fondamentali per sostenere un’industria digitale che procede verso il paradigma Industria 5.0 che pone l’uomo e la tecnologia al centro dei sistemi produttivi.
Con questa visione del futuro della tecnologia, SITEC ha l’obiettivo di essere il punto di contatto tra il mondo accademico e quello industriale fornendo le conoscenze di base ed esplorando soluzioni innovative per un settore in continua crescita.