PIXIE, un’azienda spin-off del Fraunhofer Institut ILT, ha sviluppato uno scanner XY planare altamente integrato per uso industriale e punta a rendere più efficiente la lavorazione dei materiali.
PIXIE, un’azienda spin-off del Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT, ha sviluppato uno scanner XY planare altamente integrato per uso industriale, molto più veloce e compatto, ideale per la lavorazione parallela dei materiali con sistemi multi-scanner e laser ad alta potenza, il cui fascio viene suddiviso in molti fasci scansionati indipendentemente proprio per questo scopo. I fondatori di PIXIE pensano ad ulteriori mercati applicativi.
Lo scanner a galvanometro planare (PGS) richiede quasi il 90% in meno di spazio di installazione e pesa solo un decimo degli attuali scanner a galvanometro, riduce le dimensioni dello spot laser di oltre due terzi e li dirige sui pezzi in lavorazione con accelerazioni superiori del 50%.
Gli ideatori, i ricercatori Lazar Bochvarov, Christina Giesen, la Dott.ssa Milena Žurić e Alexander Hohle, hanno deciso di occuparsi della sua commercializzazione. Grazie a un finanziamento di Fase I appena approvato dal programma “exist Research Transfer” del Ministero Federale dell’Economia e dell’Energia (BMWE), hanno ora 18 mesi di tempo per realizzare il loro progetto di start-up, PIXIE appunto.
La chiave di tutto ciò è stata la miniaturizzazione del motore elettromeccanico. Invece di muovere lo specchio con un motore separato, il substrato dello specchio stesso fa parte di un sistema di azionamento basato sulla forza di Lorentz. Questo sfrutta l’effetto di forza, precisamente controllabile, di un campo magnetico su un conduttore elettrico percorso da corrente per inclinare lo specchio, che è montato su un asse con due cuscinetti a sfera di precisione. La direzione di inclinazione può essere invertita rapidamente e con precisione invertendo la direzione della corrente. “Nel sistema di azionamento altamente integrato, specchio e motore formano un’unità compatta. Il principio può essere facilmente scalato a grandi aperture” spiega Bochvarov. Questa proprietà rende possibili specchi di dimensioni ben superiori a 100 mm, che è un fattore di grande rilevanza per i laser ad alta potenza e la parallelizzazione dei processi industriali. Diverse riprogettazioni hanno permesso di ridurre con successo l’ingombro e il peso dell’installazione, favorendo la deflessione estremamente dinamica dei fasci laser. Il team ora intende sfruttare questi vantaggi in modo generalizzato per la lavorazione industriale dei materiali con laser e per le procedure chirurgiche.
Gli sviluppi futuri della tecnologia
Il team di ricerca della spin-off del Fraunhofer Institut si è posto obiettivi ambiziosi per la durata del finanziamento esistente. “Stiamo pianificando una riprogettazione in vista della produzione automatizzata”, spiega Žurić. “C’è anche margine di ottimizzazione nella tecnologia dei sensori di posizione” aggiunge Giesen. Parallelamente all’implementazione di questi compiti, il dimostratore viene utilizzato per la prima volta da clienti pilota che sono stati strettamente coinvolti nel progetto di avvio fin dall’inizio. Sono in corso test a lungo termine e la creazione della catena di fornitura con fornitori selezionati. Il lancio di PIXIE, il “sistema di scansione più piccolo e veloce sul mercato” è previsto per il 2027. Sulla base delle analisi di mercato e delle manifestazioni di interesse da parte di potenziali clienti in diversi settori applicativi, il team spera in una rapida crescita del mercato. “Il punto di pareggio nel 2030 è possibile se tutto procede senza intoppi in termini di sviluppo tecnologico e avvio della produzione” afferma Hohle.
Le sorgenti laser ad alta potenza media potrebbero risolvere un problema di lunga data: nonostante la loro precisione superiore e l’elevata efficienza energetica, i laser non sono ancora comunemente utilizzati nella lavorazione dei materiali a causa di problemi di produttività. I laser potenti consentono di parallelizzare le fasi di lavorazione suddividendo la loro energia in molti fasci parziali individuali, che devono essere diretti indipendentemente l’uno dall’altro sulle superfici dei pezzi. Ma il processo funziona con scanner molto compatti e veloci. Gli scanner galvanometrici convenzionali occupano troppo spazio per sfruttare il potenziale di efficienza della parallelizzazione. Inoltre sono troppo pesanti, soprattutto per le applicazioni robotizzate in ambito industriale e medico.
Il team di PIXIE, spin-off del Fraunhofer Institut, ha ricevuto manifestazioni di interesse da parte di produttori di macchinari e impianti che desiderano utilizzare PIXIE per implementare processi di produzione additiva efficienti, o per parallelizzare processi di foratura, taglio e trattamento superficiale con laser ad alta potenza. Questo rende i processi laser interessanti per un numero sempre maggiore di applicazioni, in cui possono sostituire processi dannosi per l’ambiente come l’ablazione elettrochimica, l’incisione chimica a umido o i rivestimenti con PFAS (sostanze alchiliche perfluorurate e polifluorurate), note come “sostanze chimiche eterne”. Che si tratti di produzione di semiconduttori, costruzione di turbine, pulizia di scafi di navi infestati da cozze e alghe o perforazione di filtri per l’acqua finissimi: la lavorazione parallela dei materiali con fasci laser ad alta potenza suddivisi e deviati in modo rapido e preciso da PIXIE, o con sistemi multi-laser e multi-scanner, potrebbe aprire la strada a soluzioni più sostenibili dal punto di vista ecologico ed economico.
Foto: L. Bochvarov
