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Primo filtro in microplastica perforato al laser testato in un impianto di trattamento delle acque reflue

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59 milioni di fori nella piastra filtrante del primo filtro perforato al laser per la filtrazione delle microplastiche dalle acque reflue urbane. Credito: Fraunhofer ILT, Aquisgrana

Finora, gli impianti di trattamento delle acque reflue non sono stati in grado di filtrare a sufficienza le minuscole microplastiche presenti nelle acque reflue, ma questo potrebbe presto cambiare: il primo filtro in microplastica perforato al laser è in fase di test in un impianto di trattamento delle acque reflue. Contiene fogli con fori estremamente piccoli di soli 10 micrometri di diametro. La tecnologia per perforare in modo efficiente milioni di tali fori è stata sviluppata presso il Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT e ora gli ingegneri dell’istituto stanno aumentando la tecnologia laser a impulsi ultra corti (USP) nella gamma dei kW. I visitatori possono saperne di più sul filtro in microplastica e sui laser a impulsi ultra corti presso lo stand Fraunhofer A6.441 al Laser World of Photonics.

Oggi, la sostenibilità non è un’opzione, ma molto più un obbligo, indipendentemente dalla tecnologia in fase di sviluppo. Di conseguenza, l’industria dei laser utilizza sempre più la tecnologia USP per migliorare la sostenibilità in molti progetti. I laser vengono già utilizzati per aumentare l’efficienza della tecnologia dell’idrogeno e per generare alloggiamenti delle batterie assolutamente ermetici nelle applicazioni di mobilità elettrica.

Nel progetto SimConDrill finanziato dalla BMBF, Fraunhofer ILT ha unito le forze con partner industriali per costruire un filtro che, per la prima volta, può rimuovere la microplastica dalle acque reflue. “In sostanza, la nostra sfida consisteva nel praticare quanti più fori possibile, il più piccolo possibile, in un foglio di acciaio nel più breve tempo possibile”, spiega Andrea Lanfermann, project manager di Fraunhofer ILT.

Impianto di filtraggio mobile nell’impianto di trattamento delle acque reflue

Questo è stato raggiunto. Dopo che il processo è stato sviluppato presso Fraunhofer ILT, gli esperti di LaserJob GmbH hanno praticato 59 milioni di fori con un diametro di 10 micrometri in un foglio filtrante, creando così un prototipo di filtro. I ricercatori Fraunhofer stanno collaborando anche con altre tre aziende a questo ambizioso progetto. Oltre al coordinatore del progetto KLASS Filter GmbH, sono coinvolte anche LUNOVU GmbH e OptiY GmbH.

Nel frattempo, le lamine metalliche perforate al laser sono state installate nel filtro a ciclone brevettato da KLASS Filter GmbH e sottoposte a test approfonditi. Nel primo test, la polvere fine delle stampanti 3D è stata filtrata dall’acqua contaminata. La configurazione è ora in fase di test in condizioni reali in un impianto di trattamento delle acque reflue.

Combattere la microplastica con i laser

Nel filtro in microplastica, le pellicole con i microfori sono fissate su una griglia più grossolana in modo che non si strappino sotto la pressione dell’acqua. Credito: Fraunhofer ILT, Aquisgrana

La conoscenza del processo è la chiave

L’esecuzione di milioni di fori uno dopo l’altro richiede tempo, ma può essere eseguita più velocemente con il processo multibeam, in cui una matrice di raggi identici viene generata da un raggio laser tramite uno speciale sistema ottico. Fraunhofer ILT ha utilizzato questo processo con un laser a impulsi ultracorti (TruMicro 5280 Femto Edition) per praticare fori contemporaneamente con 144 raggi. La base per tali applicazioni è una conoscenza dettagliata del processo, che è stata raccolta da Fraunhofer ILT nel corso di decenni e implementata in modelli e software corrispondenti. Grazie a questa competenza, è possibile modificare i parametri sul computer e trovare rapidamente parametri di processo ottimali. La robustezza del processo può anche essere analizzata prima di testare l’applicazione.

Parallelamente a questa applicazione di perforazione, un consorzio di sei partner sta lavorando su come integrare al meglio un sistema di lavorazione multi-beam in una macchina industriale. Nel progetto dell’UE Multiflex, i ricercatori e l’industria stanno aumentando la produttività della lavorazione del materiale laser basata su scanner utilizzando processi a più raggi. La particolarità di questo progetto è che tutte le travi parziali possono essere controllate individualmente e, quindi, utilizzate per produrre qualsiasi tipo di struttura superficiale. I partner del progetto mirano ad aumentare la velocità del processo di un fattore da venti a cinquanta, rendendo così l’intero processo notevolmente più conveniente.

CAPS: scalabilità nella gamma kW

La conoscenza del processo è anche un fattore critico per aumentare ulteriormente la lavorazione dei materiali con impulsi laser ultracorti con o senza ottica multibeam. Quando la potenza viene aumentata nell’intervallo dei kilowatt, possono verificarsi danni termici al pezzo. Tali effetti vengono esplorati attraverso simulazioni complesse e i processi possono essere adattati di conseguenza.

I sistemi laser per tali esperimenti sono disponibili nel laboratorio applicativo del Fraunhofer ILT ad Aquisgrana. Fanno parte del Fraunhofer Cluster of Excellence Advanced Photon Sources CAPS, dove 13 istituti Fraunhofer sviluppano congiuntamente sorgenti di raggi laser, tecnologia di processo e applicazioni per potenze laser USP fino a 20 kW. Un secondo laboratorio CAPS è gestito presso il Fraunhofer IOF di Jena.


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